Формирование переходной зоны при наплавке
Формирование переходной зоны при наплавке, независимо от технологии ее осуществления, связано, в первую очередь, с процессами перераспределения атомов твердого и жидкого металлов. Смачивание твердой поверхности жидким металлом сопровождается:
1) растворением твердого метала в жидком. Имеет место в том случае, когда наиболее быстро идет процесс растворения твердого металла в жидком или когда жидкий металл длительное время контактирует с твердым не кристаллизуясь.
2) атомная диффузия составляющих жидкий металл элементов в твердый. Имеет место, в том случае, когда металл находящийся в жидком состоянии, хорошо растворим в твердом.
3) реакция (реактивная диффузия) с образованием слоя интерметаллического соединения. Имеет место, в том случае, жидкий и твердый металл образуют между собой систему с интерметаллическим соединением.
Теоретически распределение легирующих элементов в зоне сплавления зависит от формы диаграммы состояния.
Система с полной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Металлы, образующие системы с неограниченной взаимной растворимостью компонентов как в жидком, так и в твердом состоянии, легко диффундируют друг в друга с образованием твердых растворов переменной концентрации. Если два таких металла соединить между собой в твердом состоянии, нагреть до температуры, лежащей несколько ниже температуры плавления более легкоплавкого компонента М1 и выдержать при этой температуре достаточно долго, то в результате процесса взаимной атомной диффузии по обе стороны от плоскости соединения образуются твердые растворы с плавно изменяющейся концентрацией по кривой mcn (Рис. 7, а).
Схема эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Металлы, образующие системы простого эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии способны диффундировать друг в друга только в пределах взаимной их растворимости. При взаимной диффузии таких компонентов в твердом состоянии (при нагреве ниже эвтектической температуры - tе) по обе стороны от плоскости соединения образуются твердые растворы, причем максимальные концентрации твердых растворов M1 в М2
(b) и М2 в М1 (a) будут соответственно равны с2 и с1 ( рис.7, б ).
В отличие от системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии в данном случае на границе раздела будет наблюдаться скачок концентрации с2 – с1. Общее распределение концентрации по сечению шлифа выразится кривой mc1c2n. При сильном конвекционном или механическом перемешивании наплавляемого металла, обеспечивающем равномерность концентрации по всей массе жидкого металла, закристаллизовавшийся сплав может иметь среднюю концентрацию.
Система без растворимости компонентов в твердом состоянии. Металлы, не образующие твердых растворов и интерметаллических соединений не могут диффундировать друг в друга в твердом состоянии. Поэтому на границе между ними будет скачок концентрации от М1
до М2. Если такие металлы образуют простую эвтектическую систему ( рис.7, в.), то при быстром отводе растворяющихся в расплаве атомов от поверхности раздела возможен случай, когда при охлаждении выпадут первичные кристаллы М1 и эвтектика М1 + М2. Распределение концентраций по шлифу при этом выразится линией nc1m. В зоне соединения таких металлов нельзя обнаружить каких - либо новых структурных образований.
Система металлов, образующих ряд интерметаллических соединений. При взаимодействии твердого и жидкого металлов, которые в соответствии с диаграммой состояния могут образовывать химические соединения, в промежуточной зоне неизбежно возникают эти соединения. В общем случае в зоне соединения могут присутствовать все фазы, образования которых возможно по диаграмме состояния.
Проникновение атомов металла М1 за счет диффузионной подвижности в металл М2
вызовет образование слоя твердого раствора e (рис.7, г); концентрация компонента М1 в М2 при этом будет меняться по кривой М2с6. Непосредственно к слою твердого раствора e прилегает слой g, представляющий собой твердый раствор на базе интерметаллического соединения. Внутри слоя g концентрация, как это следует из диаграммы состояния, не остается постоянной, а изменяется по кривой c5c4. Слой фазы g граничит со слоем b.Концентрация на границе соприкосновения b и g скачком меняется от c4 до c3. Внутри слоя b концентрация меняется по кривой c3c2, и т.д.
