Прослойки работающей

Наличие на границе паяемого металла и припоя прослойки химического соединения, нарушающего их непосредственный контакт, уменьшает скорость развития химической эрозии или прекращает ее развитие. Установлены три типа зависимости развития общей химической эрозии от температуры [25] (рис. 15): а) непрерывное развитие; б) повышение химической эрозии, затем торможение ее развития, в некотором интервале температур и снова повышение; в) возрастание скорости химической эрозии с последующим, ее замедлением..

На скорость роста прослойки химического соединения при пайке существенное влияние может оказывать удельный объем жидкого припоя. Этот рост будет тем больше, чем больше отношение предельной растворимости паяемого металла в жидком припое при температуре пайки Сж к его растворимости при температуре солн-дуса шва Ст, т. е. чем больше растворенного паяемого металла выделится из жидкого раствора при затвердевании. Так как с увеличением температуры пайки соответственно возрастает н предельная растворимость С,,, паяемого металла в жидком припое, то при прочих равных условиях этот рост будет тем • больше, чем выше температура пайки.

Начальная стадия возникновения прослойки химического соединения на границе Т—Ж изучена слабо. Практически в результате шероховатости поверхности паяемого металла, несовершенств кристаллической решетки, зерен и других дефектов химическое соединение образуется сначала в отдельных центрах контакта, вдоль межфазной границы с последующим образованием сплошной прослойки, которая затем растет по толщине. Параболический закон роста прослоек химических соединений при фронтальном их продвижении во многих случаях является первым приближением, так как часто по фронту роста прослойки наблюдаются отдельные ее выступы, растущие со скоростью выше средней.

Время подготовительного периода образования прослойки химического соединения определяется кинетикой диффузионных процессов на этом этапе и энергией активации процесса: fc=Ke(>iBTt где k — постоянная времени.

Скорость и направление роста прослойки химического соединения в изотермических условиях определяются соотношением скоростей парциальных коэффициентов диффузии атомов твердого и жидкого металлов через эту прослойку.

При взаимной диффузии твердых металлов рост прослойки химического соединения происходит по параболическому закону: ж2«=2ЛтТ, где х — толщина прослойки химического соединения; т—время; kT — константа, зависящая от температуры.

Период активации роста прослойки химического 'соединения изучают на образцах, аналогичных тем, какие используются в методике испытаний для оценки склонности паяемого металла к химической эрозии по ГОСТ 1548—74.

териала и жидкого припоя за время TI металлографически обнаруживают йнтерметаллидную прослойку то следующая выдержка должна быть Tj=Ti/2. При образовании прослойки и за промежуток времени т2 исследуют образец после выдержки при Тз=Т2/2 и т. д. Если после выдержки при тя=Тп-/2 прослойка не выявляется, то исследуют образец, полученный после выдержки 3/4тя-и пока не будет определено максимальное время контакта, при котором прослойка не обнаруживается при тысячекратном увеличении. Это время в первом приближении может быть принято за период активации возникновения прослойки химического соединения.

Химическая эрозия, как было показано в работах [3, 25], резко снижается в температурной области образоаання по границе шва и паяемого металла прослоек химических соединений. Отсюда был сделан вывод, что при введении в припой достаточно малого количества компонента, образующего с паяемым металлом весьма тонкие (<1 мкм) прослойки химического соединения, не снижающие прочности паяного соединения, должна резко снижаться склонность Мк к химической эрозии в Мп- Этот принцип был использован в последние годы для снижения склонности алюминиевых сплавов к химической эрозии при пайке в силумине, содержащем 5—12% Si и 1,5—6% Mg при добавке в них 2—6% Ni, образующего с алюминием тонкие прослойки химического соединения. Установлено, что образование прослойки химического соединения АиРЬ при пайке золота свинцовыми припоями ограничивает развитие в нем химической эрознн по сравнению с оловянными припоями вследствие более высокой тмепературы плавления интерметаллида АиРЬ (418°С), чем интерметаллида AuSn2 (309°C).

• Прослойки химических соединений. Если сплавы системы А—В образуют диаграмму состояния типа (и) или (з), то в контакте А с жидким В в процессе кристаллизации паяного шва нлн при высокотемпературной эксплуатации паяных изделий на границе шва (или прослойке химического соединения) и основного материала в температурном интервале устойчивости химического соединения могут образоваться и расти их прослойки. Скорость образования и роста прослойки химического соединения при пайке зависит не только от температуры, но и от энергии активации этого процесса. При достаточно высокой энергии активации процесса роста и образовании прослойки химического соединения такая прослойка может начать расти в процессе затвердевания паяного шва как избыточная фаза в обогащенной компонентом приграничной области жидкой фазы или при эксплуатации паяного изделия при повышенной температуре, достаточной для протекания химического взаимодействия Ми и Мп. При относительно низкой энергии активации химические соединения образуются непосредственно в контакте М„ и Мп.

В контакте А к В могут образоваться прослойки только тех химических соединений, которые на диаграмме состояния А—В располагаются между паяемым металлом и припоем. При использовании в качестве припоя сплавов той же системы, но расположенных иа диаграмме состояния между паяемым металлом А к ближайшим к нему химическим соединением АХВУ, прослойки химических соединений по границе шва и паяемого ^металла развиваться ие будут. Торможение роста прослойки химического соединения на границе шва и паяемого материала А при пайке возможно при введении в припой В компонентов, вступающих с ним » химическое взаимодействие, но ие образующих химических соединений с паяемым металлом А, как, например, серебро при пайие

Здесь р — параметр, характеризующий момент потери пластической устойчивости оболочки, ослабленной мягкой прослойкой; св — временное сопротивление металла мягкой прослойки; /(с^, п) — некоторый функционал, определяющий степень контактного упрочнения мягкой прослойки, работающей в составе оболочковой конструкции, в зависимости от конструктивно геометрических параметров с^ (например. А."в = а°м / а" , к = /? / / и т.п.) и схема нагружения (параметра двухос-ности /? = е*2 /d[). Исходя из этих позиций, основное внимание при оценке несущей способности тонкостенных оболочковых конструкций, как правило, уделялось исследованию влияния конструктивно-геометрических параметров механически неоднородных соединений на их статическую прочность аср /75/. При этом анализ базировался на основных закономерностях механического поведения неоднородных соединений, установленных ранее для листовых или стержневых конструкций. Для рассматриваемых конструкций в процессе их нагружения статической нагрузкой характерно контактное упрочнение наиболее слабого звена — мягкой прослойки. При этом его роль существенно возрастает с уменьшением относительной толщины прослойки к, что ведет к повышению прочности и снижению пластичности соединений, и в диапазоне относительно малых величин к несущая способность соединений практически находится на уровне прочности более твердого металла (Т). При размерах мягких прослоек больше толщины соединяемых элементов (к > 1 ) практически отсутствует контактное упрочнение мягкого металла и статическая прочность соединения, ослабленных мягкими прослойками, определяется механическими характеристиками металла (М) (например, рав').

(3 — коэффициент пластической неустойчивости металла мягкой прослойки, работающей в составе листовых конструкций, (для материала, описываемого диаграммой деформирования жесткопластичного тела по критерию cfo / cfe = 0 (п = 0,5)).

Для установления основных закономерностей механического поведения кольцевой мягкой прослойки, работающей в составе толстостенной цилиндрической оболочки, на первом этапе исследования ограничивались рассмотрением случая, когда основной металл (Т) не вовлекается в пластическую деформацию, и последняя локализуется лишь по объему мягкого металла прослойки (М).

где ККу — коэффициент контактного упрочнения кольцевой мягкой прослойки, работающей в составе толстостенной цилиндрической обо-

где ККу — коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки, работающей в составе сферической толстостенной оболочки,

Здесь Р — параметр, характеризующий момент потери пластической устойчивости оболочки, ослабленной мягкой прослойкой; СУ" — временное сопротивление металла мягкой прослойки; f(Cj, n) — некоторый функционал, определяющий степень контактного упрочнения мягкой прослойки, работающей в составе оболочковой конструкции, в зависимости от конструктивно геометрических параметров с/ (например, ?в = а°м / ав , к =h 11 и т.п.) и схема нагружения (параметра двухос-ности п = CJ2 / Oj). Исходя из этих позиций, основное внимание при оценке несущей способности тонкостенных оболочковых конструкций, как правило, уделялось исследованию влияния конструктивно-геометрических параметров механически неоднородных соединений на их статическую прочность сгср /75/. При этом анализ базировался на основных закономерностях механического поведения неоднородных соединений, установленных ранее для листовых или стержневых конструкций. Для рассматриваемых конструкций в процессе их нагружения статической нагрузкой характерно контактное упрочнение наиболее слабого звена — мягкой прослойки. При этом его роль существенно возрастает с уменьшением относительной толщины прослойки к, что ведет к повышению прочности и снижению пластичности соединений, и в диапазоне относительно малых величин к несущая способность соединений практически находится на уровне прочности более твердого металла (Т). При размерах мягких прослоек больше толщины соединяемых элементов (к > 1) практически отсутствует контактное упрочнение мягкого металла и статическая прочность соединения, ослабленных мягкими прослойками, определяется механическими характеристиками металла (М) (например, рав').

Р — коэффициент пластической неустойчивости металла мягкой прослойки, работающей в составе листовых конструкций, (для материала, описываемого диаграммой деформирования жесткопластичного тела по критерию d<5 1 d& = 0 (п = 0,5)).

Для установления основных закономерностей механического поведения кольцевой мягкой прослойки, работающей в составе толстостенной цилиндрической оболочки, на первом этапе исследования ограничивались рассмотрением случая, когда основной металл (Т) не вовлекается в пластическую деформацию, и последняя локализуется лишь по объему мягкого металла прослойки (М).

где ^ц, — коэффициент контактного упрочнения кольцевой мягкой прослойки, работающей в составе толстостенной цилиндрической оболочки,

где ККу — коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки, работающей в составе сферической толстостенной оболочки,

Эти напряжения выражают предел текучести о\ прослойки, работающей в составе сварного соединения, и одновременно, поскольку материал прослойки идеально упруго-пластический (т.е. а"=а")5 ее временное сопротивление св.

Аналогичные тем, что представлены на рисунке 4.19, для прочности могут быть построены зависимости и для изменения предела текучести прослойки, работающей в составе элемента.