Рис. 67. Микроструктура в ЗТВ (М401 сварного соединения, полученного АДС сплавов М40+1201 (Х1500):

а — начало оплавления; б, в — различная степень оплавления по мере приближения к шву

при смешении обоих расплавленных металлов. Подобную задачу исследовали авторы работы [61] для следующих сочетаний: АК4 + 4- АЛ25; АК4 4-АК21М2, 5Н2.5 (жаропрочный заэвтектический силумин), АК4 4- 1201; АК4 4- АМгб; АМгб 4- АК21М2, 5Н2.5. До сварки плиты толщиной 25 мм из перечисленных материалов находились в состоянии: из термически упрочняемых сплавов АК4 и 1201 — закаленном и искусственно состаренном; из литейных сплавов АЛ5 и АК21М2,5Н2,5 — отожженном после литья; деформируемый сплав АМгб — горячекатаном. Результаты определения свойств сварных соединений, полученных способом ЭЛС (С/Ус« = 30 кВ, / = = 180.240 мА, Уев = 60 м/ч), представлены в табл. 31, где значения временного сопротивления свидетельствуют о том, что при комнатной температуре свойства соединений находятся на уровне аналогичных характеристик менее прочного из двух свариваемых сплавов. Образцы, как правило, разрушались за пределами шва. Наиболее стабильные результаты в условиях высокотемпературных испытаний показали соединения сплавов АК4 + 1201, а также соединения, содержащие в качестве одного из составляющих АК21М2,5Н2,5. Резкое падение показателей прочности при температуре испытаний 200 "С и выше наблюдалось у соединений АК4 4- АМгб, хотя при комнатной- температуре они оказались самыми прочными. Сопротивление усталости соединений (при симметричном изгибе с вращением на базе испытаний 2 • 107 циклов) соответствует такому же показателю соединений из менее прочных сплавов. В известной мере это объясняется характером изменения твердости сварных соединений. При сочетании сплавов

•Таблиц а 31. Механические свойства соединений разноименных алюминиевых сплавов, выполненных ЭЛС

Примечание. Выдержка образцов при соответствующей температуре испытаний — до 20 мин.

АК4 4- АЛ25; АК4 4- АК21М2.5Н2.5; АК4 + АМгб и АМгб + 4- АК2М2.5Н2.5 существует резкий перепад твердости от металла шва к основному металлу сплавов АЛ25, АК21М2,5Н2,5 и АМгб, имеющих низкую твердость в исходном состоянии. Кроме того у литейных сплавов АЛ25 и АК21М2.5Н2.5 наблюдается определенный разброс значений твердости основного металла, связанных с рыхлотами, несплошностями и неметаллическими включениями.

Более высокая твердость металла шва по сравнению с твердостью соединяемых сплавов наблюдается в случае сварки АМгб 4-4- АК21М2,5Н2,5 и составляет 104 НИВ. Твердость металла шва на уровне твердости отожженного металла отмечается в сочетании термически упрочняемых сплавов АК4 + 1201. У двух других пар — АК4 4- АЛ25, АК4 4- АК21М2.5Н2.5 — твердость металла шва находится на том же уровне или несколько превышает твердость сплавов, имеющих большую твердость в исходном до сварки состоянии. Ширина ЗТВ наибольшая при сварке термически упрочняемых сплавов АК4 4- 1201 и составляет соответственно 17 и 13 мм на сторону от оси шва. У сплавов же АЛ25 АК21М2,5Н2,5 в отожженном состоянии и у сплава АМгб в горячекатаном состоянии разупрочнение основного металла по высоте вдоль зоны сплавления практически отсутствует. Металлографические исследования сварных соединений показали, что структура основного металла литейных сплавов АЛ25 и АК21М2.5Н2.5 характеризуется наличием большого количества мик-рорыхлот и несплошностей. По границам кристаллитов твердого раствора наблюдаются эвтектические выделения и интерметаллидные включения. На фоне эвтектики располагаются первичные кристаллы кремния. Выделения эвтектических составляющих и включения кремния более дисперсны в сплаве АЛ25, чем в АК21М2.5Н2.5. Микроструктура основного металла деформируемых сплавов отличается проявлением текстуры деформации с заметной волокнистостью материала, равномерным распределением обособленных включений интерметаллидов и выделений избыточных фаз на фоне твердого раствора. В ЗТВ

практически сохраняется исходная структура основного металла, лишь непосредственно в зоне сплавления наблюдается оплавление легкоплавких фаз с образованием грубой сетки по границам зерен. Сварные швы исследованных композиций имеют типичную для литых сплавов дендритную структуру с высокой плотностью и дисперсными выделениями частиц интерметаллидов и вторичных фаз.

Распределение элементов при сварке разноименных алюминиевых сплавов получали в виде непрерывных диаграмм, характеризующих изменение содержания их в твердом растворе и отдельных фазовых включениях, встречающихся на пути движения зонда основной металл — шов — основной металл.

Как видно из представленных на рис. 68 диаграмм, распределение элементов неравномерно и находится в соответствии с содержанием их в твердом растворе и во включениях избыточных интерметаллидных фаз согласно двойным и более сложным диаграммам состояния.

Используемый во всех трех сочетаниях эвтектический сплав АЛ2 характеризуется минимальным содержанием кремния в твердом растворе и максимальным во включениях. Высота и частота пиков, соответствующая содержанию кремния в шве, несколько меньше, чем в основном металле. Следует отметить крайне неравномерное распределение кремния по сечению шва. Часть шва, примыкающая непосредственно к зоне сплавления со сплавом АЛ2, характеризуется повышенным содержанием кремния по сравнению с остальной его частью. По мере перемещения зонда к центру шва и особенно вблизи зоны сплавления со сплавом АМгЗ и алюминием АДО содержание кремния уменьшается. В шве вблизи зоны сплавления фиксируются участки, практически не содержащие кремния или с минимальным его содержанием. По уровню и характеру невысоких всплесков они соответствуют

Рис. 68. Распределение элементов в сварных соединениях

а АМгЗ + АЛ2 + СвАК5; 6 — АМгЗ + АЛ 2

участкам основного металла сплава АМгЗ или АДО, не перемешавшимся с присадочным металлом в процессе сварки, что уже отмечалось при исследовании структуры таких соединений. Протяженность их составляет 180, 210 и 300 мкм.

Распределение железа практически одинаково для всех составляющих сварного соединения и свидетельствует о минимальном содержании его в твердом растворе (нулевой уровень на диаграмме) и максимальным в отдельных включениях фаз (пиковые всплески). Неравномерность размещения пиков по сечению сварного соединения в основном металле вызвана скоплением или строчечным выделением интерметаллидных фаз, содержащих железо.

При сварке сплава АМгЗ со сплавом АЛ2 проволокой СвАКб шов вблизи зоны сплавления со стороны сплава АМгЗ содержит больше магния, хотя общий уровень содержания несколько ниже, чем в основном металле. По мере приближения к центру шва и ближе к сплаву АЛ2 содержание магния уменьшается. При сварке проволокой СвАМгб этих же материалов распределение магния в шве более равномерно и находится примерно на уровне содержания его в основном металле. Следует отметить, что для сплава АЛ2 в участках ЗТВ, непосредственно примыкающих к зоне сплавления там, где температура превышала 550 °С, происходит оплавление эвтектик, о чем можно судить по наличию темной полосы, окаймляющей зону сплавления (рис. 69). О том, что часть металла ЗТВ какое-то время была в жидком состоянии, говорит и тот факт, что образующиеся в нем поры имеют сферический характер. В некоторых случаях, когда время существования жидкой прослойки было достаточно для оплавления

е

разноименных алюминиевых сплавов при ручной АДС: + СвАМгб; в — АМд+АЛ2 + СвАК5,