Alyuminiy va uning qotishmalari ko'plab muhim mahsulotlarni payvandlashda ishlatilgan bo'lsa-da, haqiqiy payvandlash ishlab chiqarish qiyinchiliksiz emas. Asosiy muammolar: payvand chokidagi teshiklar, payvandlash issiq yoriqlar va bo'g'inlarning "teng quvvati". Alyuminiy va uning qotishmalarining kuchli kimyoviy faolligi tufayli sirtda oksidli plyonka hosil qilish oson va ularning aksariyati o'tga chidamli xususiyatlarga ega (masalan, Al2O3 ning erish nuqtasi 2050 daraja va MgO ning erish nuqtasi. 2500 daraja). Bundan tashqari, alyuminiy va uning qotishmalari kuchli issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Payvandlash jarayonida termoyadroviy bo'lmagan hodisani keltirib chiqarish oson. Oksid plyonkasining zichligi alyuminiyga juda yaqin bo'lganligi sababli, payvandlangan metallga qo'shimchalar bo'lish ham oson. Shu bilan birga, oksid plyonkasi (ayniqsa, MgO ning mavjudligi bilan oksid plyonkasi, u juda zich bo'lmagan) ko'proq namlikni o'zlashtirishi mumkin va ko'pincha payvand chokining muhim sabablaridan biriga aylanadi.
Bundan tashqari, alyuminiy va uning qotishmalari katta chiziqli kengayish koeffitsientiga va kuchli issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va payvandlash paytida deformatsiyaga moyil. Bular payvandlash ishlab chiqarishda ham ancha qiyin muammolardir. Quyida sinov paytida hosil bo'lgan nisbatan jiddiy yoriqlarning chuqur tahlili amalga oshiriladi.
1. Alyuminiy qotishma payvandlangan birikmalardagi yoriqlar va ularning xarakteristikalari
Alyuminiy qotishmalarini payvandlash jarayonida materiallarning har xil turlari, xususiyatlari va payvandlash tuzilmalari tufayli payvandlangan bo'g'inlarda turli xil yoriqlar paydo bo'lishi mumkin va yoriqlarning shakli va tarqalish xususiyatlari juda murakkab. Yaratilgan qismlarga ko'ra, ularni quyidagi ikki turdagi yoriqlar shakliga bo'lish mumkin:
(1) Payvandlash metallidagi yoriqlar: uzunlamasına yoriqlar, ko'ndalang yoriqlar, krater yoriqlari, soch yoki yoy yoriqlari, ildiz yoriqlari va mikro yoriqlar (ayniqsa, ko'p qatlamli payvandlashda).
(2) Issiqlikdan ta'sirlangan zonadagi yoriqlar: payvandlash paychalarining yoriqlari, laminar yoriqlar va termoyadroviy chiziq yaqinidagi mikroskopik termal yoriqlar. Yoriq hosil bo'lishning harorat oralig'iga ko'ra, u issiq yoriq va sovuq yoriqlarga bo'linadi. Payvandlash paytida yuqori haroratda issiq yoriq hosil bo'ladi, bu asosan don chegarasida qotishma elementlarning ajralishi yoki past erish nuqtasi bo'lgan moddalarning mavjudligi tufayli yuzaga keladi.
Payvandlanadigan metallning materialiga qarab, shakli, harorat oralig'i va issiq yoriqlar paydo bo'lishining asosiy sabablari ham farq qiladi. Issiq yoriqlar uchta toifaga bo'linishi mumkin: kristallanish yoriqlari, suyuqlanish yoriqlari va ko'pburchakli yoriqlar. Kristallanish yoriqlari asosan issiq yoriqlarda ishlab chiqariladi. Chokning kristallanish jarayonida, solidus chizig'iga yaqin joyda, qattiqlashgan metallning qisqarishi tufayli, qoldiq suyuq metallni o'z vaqtida to'ldirish mumkin emas.
Intergranular yorilish, asosan, uglerodli po'latdan, past qotishma po'latdan choklarda va ko'proq aralashmalarga ega bo'lgan ba'zi alyuminiy qotishmalarida paydo bo'ladigan qattiqlashuv qisqarish stressi yoki tashqi kuch ta'sirida sodir bo'ladi; suyuqlanish yoriqlari issiqlik ta'sir zonasida isitiladi yuqori haroratli don chegarasi qotib qolganda qisqarish kuchlanishi ta'sirida ishlab chiqariladi.
Sinov davomida, plomba moddasining yuzasi etarli darajada tozalanmagan bo'lsa, payvandlashdan keyin payvand chokida hali ham ko'p qo'shimchalar va oz miqdordagi teshiklar mavjudligi aniqlandi. Sinovlarning uchta to'plamida, payvandlash plomba moddasi quyma tuzilma bo'lgani uchun va qo'shimchalar yuqori erish nuqtasi bo'lgan moddalardir, u payvandlashdan keyin ham payvandda mavjud bo'ladi;
Bundan tashqari, quyma tuzilishi nisbatan siyrak va ko'plab teshiklar mavjud bo'lib, ular kristalli suv va yog 'sifatini o'z ichiga olgan komponentlarni oson singdiradi, bu esa payvandlash jarayonida teshiklarni hosil qiluvchi omillarga aylanadi. Payvand choki kuchlanish kuchlanishi ostida bo'lganda, bu qo'shimchalar va teshiklar ko'pincha mikro yoriqlar paydo bo'lishining asosiy joylariga aylanadi.
Mikroskop yordamida keyingi kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, bu qo'shimchalar va g'ovak hosil bo'lgan mikro yoriqlar bir-biri bilan kesishishi uchun aniq tendentsiya mavjud. Shu bilan birga, inkluzyonlarning zararli ta'siri asosan yoriqlarni keltirib chiqaradigan stress kontsentratsiyasi manbai sifatida namoyon bo'ladimi yoki yoriqlar paydo bo'lishi uchun asosan mo'rt faza sifatida namoyon bo'ladimi, degan xulosaga kelish hali ham qiyin.
Bunga qo'shimcha ravishda, odatda alyuminiy-magniyli qotishma choklaridagi gözenekler payvandlangan metallning kuchlanish kuchiga sezilarli ta'sir ko'rsatmaydi, deb ishoniladi. yoriqlar hodisasi.
G'ovaklilikdan kelib chiqadigan mikro yoriqlar hodisasi faqat ikkilamchi hodisami yoki choklarning cho'zilish mustahkamligini sezilarli darajada pasayishiga olib keladigan asosiy omillardan biri bo'ladimi, qo'shimcha o'rganish kerak.
2. Issiq yoriq hosil qilish jarayoni
Hozirgi vaqtda Proxorov nazariyasi issiq yoriqlarni payvandlash nazariyasi haqida uyda va chet elda to'liqroq deb hisoblanadi. Umuman olganda, nazariya kristalli yoriqlar paydo bo'lishi asosan quyidagi uchta jihatga bog'liq deb hisoblaydi: mo'rt harorat oralig'ining o'lchami; bu harorat oralig'ida qotishmaning egiluvchanligi va mo'rt harorat oralig'ida metallning deformatsiya tezligi.
Odatda odamlar mo'rt harorat oralig'ining o'lchamini va bu harorat oralig'idagi egiluvchanlik qiymatini issiq payvandlash yoriqlarini hosil qiluvchi metallurgiya omili deb atashadi va mo'rt harorat oralig'ida metallning deformatsiya tezligi mexanik omil deb ataladi.
Payvandlash jarayoni bir qator muvozanatsiz jarayon jarayonlarining sintezidir. Bu xususiyat asosan payvandlangan birikmaning metall sinishining metallurgiya va mexanik omillari bilan bog'liq. Masalan, payvandlash jarayoni va metallurgiya jarayonining mahsulotlari fizik va kimyoviy hisoblanadi. va strukturaning bir hilligi, shlaklar va qo'shimchalar, gaz elementlari va o'ta to'yingan konsentratsiyalarda vakansiyalar va boshqalar.
Bularning barchasi yoriqlarning boshlanishi va rivojlanishi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan metallurgiya omillari. Mexanik omillar nuqtai nazaridan, payvandlash termal tsiklining o'ziga xos harorat gradienti va sovutish tezligi, ma'lum cheklash sharoitida, payvandlangan birikmani murakkab kuchlanish-deformatsiya holatiga keltiradi, bu esa yoriqlarning boshlanishi va rivojlanishi uchun zarur shart-sharoitlarni ta'minlaydi.
Payvandlash jarayonida metallurgiya omillari va mexanik omillarning birgalikdagi ta'siri ikki jihatga, ya'ni metall aloqani mustahkamlash yoki metall aloqani zaiflashtirishga bog'liq bo'ladi. Agar sovutish paytida payvandlangan bo'g'inning metallida mustahkamlik aloqasi o'rnatilsa, u ma'lum qattiq cheklash sharoitida mos ravishda tortilishi mumkin va payvand choki va chok yaqinidagi metall qo'llaniladigan cheklovchi kuchlanish va ichki kuchlanish ta'siriga bardosh bera oladi. qoldiq stress, yoriqlar paydo bo'lishi oson emas. , payvandlangan bo'g'inlarning metall yorilish sezgirligi past,Aksincha, stressga chidab bo'lmaganda, metalldagi mustahkamlik aloqasi osongina uziladi va yoriqlar paydo bo'ladi. Bunday holda, payvandlangan qo'shma metallning yorilish sezuvchanligi yuqori bo'ladi. Payvandlash qo'shma metall kristallanish va qotib qolish haroratidan boshlanadi va xona haroratiga ma'lum bir tezlikda soviydi va uning yorilishiga sezgirligi deformatsiya quvvati va qo'llaniladigan kuchlanishni taqqoslash va deformatsiyaga chidamlilik va qo'llaniladigan kuchlanishni solishtirish orqali aniqlanadi.
Biroq, sovutish jarayonida, har xil harorat bosqichlarida, donalararo mustahkamlik va don kuchining har xil o'sishi tufayli, deformatsiyaning donalar o'rtasida va donalar ichida taqsimlanishi, deformatsiyadan kelib chiqadigan diffuziya harakati boshqacha va stress kontsentratsiyasi boshqacha. Metallning mo'rtlashishiga olib keladigan shartlar va omillar har xil, payvandlangan birikmaning o'ziga xos zaif bo'g'inlari va uning zaiflashuvining omillari va darajalari ham har xil.
Payvandlangan qo'shma metallda yoriqlar paydo bo'lishiga olib keladigan metallurgiya omillari va mexanik omillar bir-biri bilan chambarchas bog'liq. Mexanik omillardagi stress gradienti issiqlik siklining xususiyatlari bilan belgilanadigan harorat gradienti bilan bog'liq, ikkinchisi esa metallning termoplastik o'zgarishi kabi metallning issiqlik o'tkazuvchanligi bilan chambarchas bog'liq. Xususiyatlari, issiqlik kengayishi va mikro tuzilmaning o'zgarishi kabi metallurgiya omillari katta darajada payvandlangan qo'shma metallning kuchlanish-deformatsiya holatida muhim rol o'ynaydi.
Bundan tashqari, harorat pasayganda va sovutish tezligi o'zgarganda, metallurgiya va mexanik omillar ham o'zgaradi va payvandlangan qo'shma metallning kuchi turli harorat oralig'ida farq qiladi. Misol uchun, agar kristallanish harorati diapazoni katta bo'lsa, qattiq Faza chizig'i harorati past bo'ladi va donalar orasida qolgan past eriydigan suyuq metallda stress kontsentratsiyasini keltirib chiqarishi ehtimoli ko'proq bo'lib, qattiq fazali metallda yoriqlar paydo bo'lishiga olib keladi;
Xuddi shunday, harorat pasayganda, qisqarish miqdori katta bo'lsa, ayniqsa tez sovutish sharoitida, siqilish darajasi yuqori bo'lsa va kuchlanish-deformatsiya holati yanada og'ir bo'lsa, yoriqlar va boshqalar paydo bo'lishiga moyil bo'ladi.
Alyuminiy qotishmalarini payvandlashda payvandlangan metallning qattiqlashishi va kristallanishining keyingi bosqichida past eriydigan evtektika kristallar uchrashadigan markazda siqib chiqariladi va "suyuq plyonka" deb ataladi. Erkin qisqarish katta kuchlanish kuchlanishini keltirib chiqarganda, suyuqlik plyonkasi bu vaqtda nisbatan zaif bog'lanish hosil qiladi va kuchlanish kuchlanishi ta'sirida zaif sohada yorilish hosil bo'lishi mumkin.
3. Issiq yoriq hosil qilish mexanizmi
Alyuminiy qotishmalari payvandlanganda issiq yoriqlar paydo bo'lishining eng ko'p ehtimoliy vaqtini o'rganish uchun alyuminiy qotishmalarini payvandlashda manba hovuzining kristallanishi uch bosqichga bo'linadi.
Birinchi bosqich - suyuq-qattiq bosqich. Payvand choki yuqori haroratli sovutishdan kristallanishni boshlaganda, faqat oz miqdordagi kristall yadrolari mavjud. Haroratning pasayishi va sovutish vaqtining uzayishi bilan kristall yadrosi asta-sekin o'sib boradi va yangi kristall yadro paydo bo'ladi, lekin bu jarayonda suyuqlik fazasi doimo katta miqdorni egallaydi va qo'shni kristall donalari o'rtasida hech qanday aloqa bo'lmaydi. Qattiqlashtirilmagan suyuq alyuminiy qotishmasining erkin oqimi to'siq hosil qilmaydi.
Bunday holda, kuchlanish kuchlanishi mavjud bo'lsa ham, ochilgan bo'shliq oqib turgan alyuminiy qotishma suyuq metall tomonidan o'z vaqtida to'ldirilishi mumkin, shuning uchun suyuqlik-qattiq bosqichdagi yoriqlar ehtimoli juda kichik.
Ikkinchi bosqich - qattiq-suyuqlik bosqichi. Payvandlash eritilgan hovuzning kristallanishi davom etganda, eritilgan hovuzdagi qattiq faza o'sishda davom etadi va ilgari kristallangan yadrolar o'sishda davom etadi. Harorat ma'lum bir qiymatga tushganda, qotib qolgan alyuminiy qotishma metall Kristallar bir-biri bilan aloqada bo'lib, doimiy ravishda birga o'raladi. Bu vaqtda suyuq alyuminiy qotishmasining oqimi to'sqinlik qiladi, ya'ni eritilgan hovuzning kristallanishi qattiq-suyuqlik bosqichiga o'tdi.
Bunday holda, suyuq alyuminiy qotishma metallining etishmasligi tufayli kristalning o'zi deformatsiyasi kuchli rivojlanishi mumkin, kristallar orasida qolgan suyuqlik fazasi oqishi oson emas va kuchlanish kuchlanishi ta'sirida hosil bo'lgan mayda bo'shliqlar mumkin emas. to'ldirilishi kerak, modomiki, ozgina bo'lsa, kuchlanish kuchlanishining mavjudligi yoriqlar hosil qilish imkoniyatiga ega. Shuning uchun bu bosqich "mo'rt harorat zonasi" deb ataladi.
Uchinchi bosqich - to'liq qotib qolish bosqichi. Eritilgan hovuz metalli to'liq qotib qolgandan so'ng hosil bo'lgan payvand choki kuchlanish kuchlanishiga duchor bo'lganda yaxshi kuch va plastisiyani namoyon qiladi. Ushbu bosqichda yoriqlar ehtimoli nisbatan kichik. .
Shuning uchun, harorat ab o'rtasidagi mo'rt harorat zonasidan yuqori yoki pastroq bo'lsa, payvandlangan metall kristallanish yoriqlariga qarshilik ko'rsatish qobiliyatiga ega va kichikroq yorilish tendentsiyasiga ega. Umuman olganda, aralashmalari kamroq bo'lgan metallar uchun (shu jumladan, asosiy metall va payvandlash materiallari) tor mo'rt harorat oralig'i tufayli, cho'zilish kuchlanishi bu diapazonda qisqa vaqt davomida ta'sir qiladi, shuning uchun payvandning umumiy kuchlanishi nisbatan kichik bo'ladi.
Shuning uchun payvandlash paytida hosil bo'lgan yoriqlar tendentsiyasi kamroq bo'ladi. Agar payvand chokida aralashmalar ko'proq bo'lsa, mo'rt harorat oralig'i kengroq bo'ladi, bu diapazondagi tortishish kuchlanishi uzoqroq va yorilish tendentsiyasi kattaroqdir.
4. Alyuminiy qotishma payvandlash yoriqlarini oldini olish choralari
Alyuminiy qotishmalarini payvandlashda issiq yoriqlar mexanizmiga ko'ra, alyuminiy qotishmalarini payvandlashda issiq yoriqlar ehtimolini kamaytirish uchun metallurgiya omillari va texnologik omillarning ikki jihatidan yaxshilanishlar amalga oshirilishi mumkin.
Metallurgiya omillari nuqtai nazaridan, payvandlash jarayonida intergranular termal yoriqlar oldini olish uchun, asosan, payvandlash tikuv metall tizimini sozlash yoki plomba metalliga modifikator qo'shish orqali amalga oshiriladi. Yorilishga chidamlilik nuqtai nazaridan payvandlash tikuv tizimini sozlashning asosiy maqsadi erituvchi evtektikaning tegishli miqdorini nazorat qilish va kristallanish harorati oralig'ini toraytirishdir.
Alyuminiy qotishmalari tipik evtektik qotishmalar bo'lganligi sababli, maksimal yorilish tendentsiyasi qotishmaning "maksimal" qotib qolish harorati oralig'iga to'g'ri keladi va oz miqdordagi evtektikaning mavjudligi har doim qattiqlashuv yorilish tendentsiyasini oshiradi. Element tarkibi yoriq tendentsiyasi eng katta bo'lgan qotishma tarkibidan oshib ketadi, shuning uchun "shifobaxsh" effekt paydo bo'lishi mumkin.
Modifikatorlar sifatida Ti, Zr, V va B kabi mikroelementlar donalarni tozalash orqali plastisitivlik va qattiqlikni yaxshilash va payvandlashning issiq yoriqlarini oldini olish maqsadida plomba metalliga qo'shildi. , va erishilgan natijalar. 3-rasmda Al-4.5%Mg payvandlash paychalarining yorilishga chidamliligi sinovi natijalari ko'rsatilgan.
Sinovda qo'shilgan Zr {0}},15%, Ti+B esa 0,1% edi. Ko'rinib turibdiki, Ti va B ni bir vaqtning o'zida qo'shish yorilish qarshiligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Ti, Zr, V, B va Ta kabi elementlarning umumiy xususiyati shundaki, ular alyuminiy bilan bir qator peritektik reaksiyalar hosil qilib, o‘tga chidamli metall birikmalarini (Al3Ti, Al3Zr, Al7V, AlB2, Al3Ta va boshqalar) hosil qilishi mumkin. Bunday kichik o'tga chidamli zarralar suyuq metall qotib qolganda o'z-o'zidan qotib qoladigan yadrolarga aylanishi mumkin va shu bilan donni tozalash effektini keltirib chiqaradi.
Jarayon omillari nuqtai nazaridan, asosan payvandlash xususiyatlari, oldindan isitish, qo'shma shakl va payvandlash ketma-ketligi, bu usullarning barchasi payvandlash yoriqlarini hal qilish uchun payvandlash kuchlanishiga asoslangan. Payvandlash jarayonining parametrlari qattiqlashuv jarayonining muvozanatsizligiga va qotib qolish jarayonining mikroyapı holatiga ta'sir qiladi, shuningdek, qattiqlashuv jarayonida deformatsiyaning o'sish tezligiga ta'sir qiladi, shu bilan yoriqlar paydo bo'lishiga ta'sir qiladi.
Konsentrlangan issiqlik energiyasi bilan payvandlash usuli tez payvandlash jarayoniga yordam beradi, bu kuchli yo'nalishga ega bo'lgan qo'pol ustunli kristallarning shakllanishiga to'sqinlik qilishi va shu bilan yorilishga chidamliligini oshiradi. Kichik payvandlash oqimidan foydalanish va payvandlash tezligini sekinlashtirish eritilgan hovuzning qizib ketishini kamaytirishi va yorilishga chidamliligini oshirishi mumkin.
Payvandlash tezligining oshishi payvandlangan birikmaning kuchlanish tezligini oshirishga yordam beradi, bu esa issiq yorilish tendentsiyasini oshiradi. Ko'rinib turibdiki, payvandlash tezligi va payvandlash oqimining oshishi yorilish tendentsiyasining oshishiga yordam beradi. Alyuminiy konstruktsiyani yig'ish va payvandlash jarayonida payvandlash tikuvi katta qat'iylikka duchor bo'lmaydi va jarayonda segmentli payvandlash, oldindan qizdirish yoki payvandlash tezligini mos ravishda kamaytirish kabi choralar qabul qilinishi mumkin.
Oldindan isitish orqali sinov qismining nisbatan kengayishi kichikroq bo'lishi mumkin, payvandlash kuchlanishi mos ravishda kamayishi va mo'rt harorat oralig'idagi stressni kamaytirish mumkin; ochiq oluklar va kichik bo'shliqlar bilan payvand chokidan foydalanishga harakat qiling va xoch shaklidagi bo'g'inlar va noto'g'ri joylashtirish va payvandlash ketma-ketligidan foydalanmang; payvandlash tugagach yoki uzilib qolganda, kamon kraterini o'z vaqtida to'ldirish kerak, keyin esa issiqlik manbasini olib tashlash kerak, aks holda bu osonlik bilan yoy krateri yoriqlariga olib keladi. 5000 seriyali qotishma ko'p qatlamli payvandlashning payvandlangan bo'g'inlari uchun intergranulyarning mahalliy erishi tufayli ko'pincha mikro yoriqlar hosil bo'ladi, shuning uchun payvand chokining keyingi qatlamining issiqlik kiritishini nazorat qilish kerak.
Ushbu maqoladagi sinovga ko'ra, alyuminiy qotishmasini payvandlash uchun asosiy metall va plomba moddasining sirtini tozalash ham juda muhimdir. Materialning payvandga qo'shilishi yoriqlar manbai bo'lib, payvand chokining pasayishining asosiy sababi bo'ladi.
