тросварки им. Е. О. Патона АН УССР разработана расчетная модель [248, 258] распространения тепла при сварке пластин из КМ и показана высокая степень сходимости расчетных и экспериментальных данных. Отличительной особенностью построенных моделей является способ введения средней температуры исходя из условий локального теплового баланса. При этом использовались модель линейного подвижного источника и допущение постоянства теплофизических характеристик составляющих композиции вне зависимости от роста температуры.

Температурные поля в КМ характеризуются неравномерностью в продольном и поперечном направлениях. Порядок падения максимальных температур в околошовной зоне при сварке КМ по всем направлениям прямо пропорционален увеличению объемного содержания армирующих волокон.

Изучение температурно-временных условий образования хрупких ннтерметаллических соединений при сварке КМ марки КАС-1А (система алюминиевый сплав — проволока 18Х15Н5АМЗ) [240] показало, что критической температурой образования интерметаллидной прослойки толщиной свыше 10 мкм является 823 К. На основе разработанных математических моделей распространения тепла при сварке КМ и температурно-временных зависимостей роста хрупких интерметаллидов на границе армирующее волокно — алюминиевый сплав построены расчетные номограммы, определяющие оптимальные области энергетических параметров сварки (величины погонных энергий) и соответствующие им минимальные размеры зоны роста хрупких интерметаллидов — зоны разупрочнения.

Построена также математическая модель распространения тепла при сварке ВКМ с монометаллами.

При сварке плавлением КМ возникают две задачи: необходимость соединения вдоль расположения волокон и поперек волокон. Очевидно, что в первом случае можно при оптимальных режимах сварки достичь лишь прочности матричного материала. Вторая задача значительно сложнее: необходимо автономно соединить как волокна, так и матричный материал. Толщина волокон не превышает 0,15—0,3 мм. Волокна изготавливают из высокопрочных сталей, бора, углерода, вольфрама и других материалов. Сварка волокон из высокопрочных сталей сопровождается их разупрочнением, сварка вольфрама и углерода затруднена, а возможности соединения бора не изучены. Кроме того одновременное соединение нескольких десятков (или сотен) волокон в КМ весьма проблематично.

Соединением волокон между собой не заканчивается процесс сварки КМ, необходимо сварить и материал матрицы. Здесь определяющими являются процессы смачивания и пропитки в процессе сварки межволокнистых расстояний. Однако процессы смачивания и растекания в условиях сварки разнородных металлов не изучены. Для этой цели создана специальная установка и проведены эксперименты по определению влияния параметров режима сварки, среды, химического состава контактирующих металлов на смачиваемость и растекаемость по металлам и неметаллам, волокна из которых являются упрочнителями в

Смачиваемость оказывает существенное влияние на получение качественного сварного соединения при сварке плавлением КМ с непрерывными волокнами [134]. Это следует из того, что самопроизвольная пропитка волокон расплавом металла возможна только в том случае, если процесс пропитки сопровождается убылью свободной энергии ДР в системе волокнистый материал — расплав, т. е. если

Для изотермических условий и в случае пренебрежительно малых изменений объема фаз убыль свободной энергии системы определяется выражением

АР = от_гД5т_г + аж_гД5ж-г + ат_жА5т_ж,(4.8)

где Д5Т_Г, Д5Ж_Г, Д5Т_Ж — изменение величин поверхностей на границах раздела при движении расплава.

Поскольку при перемещении расплава площадь контакта на границе расплава с газом изменяется мало, можно считать, что Д5Ж_Г = 0. Кроме того, при пропитке волокон расплавом граница твердое тело — газ заменяется границей твердое тело — расплав. В связи с этим А5Т_Г = А5Т_Ж. Учитывая это, условие пропитки волокон композиционного материала расплавом металла запишется следующим образом:

о~_г — от_ж0.(4.9)

С учетом уравнения Юнга условие самопроизвольной пропитки примет вид

ож_гсо5б0.(4.10)

Таким образом, и при сварке КМ возможность сварки плавлением во многом определяется смачиваемостью волокон расплавленным металлом.

Рассмотрим теперь смачиваемость тех материалов, которые применяются в качестве упрочнителей КМ. Из большого числа потенциальных упрочнителей КМ к настоящему времени промышленностью освоены стальная проволока, борные, углеродные волокна, волокна из карбида кремния и др.

Смачиваемость углеродных (графитовых) волокон, карбида кремния в КМ. Выше отмечалось, что одной из главных проблем при производстве и обработке ВКМ является обеспечение прочной связи на границе раздела матрица — волокно. С этой целью необходимо знать закономерность смачивания упрочняющего компонента матричным составом или этот процесс вести таким образом, чтобы смачивание было максимальным (наилучшим), а прочность композиционного материала бы-лз бы достаточно высокой.

Композиционные материалы на основе алюминия должны найти довольно широкое применение при производстве различных изделий вследствие относительно низкой плотности и стоимости.

Углерод, помимо основных кристаллических форм (алмаза и графита), способен образовывать более 2000 переходных, причем каждому его состоянию соответствуют определенные физико-механические свой-