поверхностных неровностей, по-видимому, нет прямой пропорциональности, это ускорение не может быть особенно резким.

2. Увеличение давления р должно влиять на процесс выравнивания поверхности в основном в той степени, в какой оно сказывается на размерах и особенно на количестве образующихся микроконтактов, являющихся центрами для последующего развития процесса спекания. Если суммарная площадь этих контактов пропорциональна р, то их количество N = А0рк, где & — показатель, меньший единицы, и Л о — постоянная, зависящая от температуры, механических свойств металла и шероховатости поверхности. Можно ожидать, что время выравнивания и достижения физического контакта, в том случае если в этом процессе доминирующее значение действительно имеет спекание, будет обратно пропорционально р.

Ключ к определению главного механизма выравнивания микровыступов при диффузионной сварке может дать изучение особенностей кинетики образования соединения (см. § 4) и в первую очередь влияния на нее шероховатости поверхности и давления. Энергия активации как процесса ползучести, так и спекания (в его основной стадии) равна энергии активации самодиффузии, и, как следствие, влияние температуры на скорость обоих процессов должно быть практически одинаковым.

В условиях диффузионной сварки разноименных металлов выравнивание поверхности и образование физического контакта при преобладающем значении процесса ползучести будет определяться соотношением механических свойств этих металлов и в первую очередь их сопротивлением ползучести. В предельном случае, когда в принятом для сварки диапазоне температуры и давления один из соединяемых металлов можно считать абсолютно не деформируемым (скорость ползучести V — 0), для достижения физического контакта за счет ползучести мягкий металл должен заполнить все неровности на поверхности более твердого. Если принять, что класс обработки поверхности у обоих металлов был одинаковым, то условная чистота поверхности для деформируемого мягкого металла как бы уменьшится вдвое, а необходимое по расчету время образования физического контакта возрастет в 4 раза (по сравнению с расчетным /ф для двух деталей из одинакового, мягкого металла).

Если при сварке разноименных металлов преобладает процесс спекания, то кинетика образования физического контакта может зависеть не только от механических свойств соединяемых металлов, но и от их природы. В частности, способность металлов к образованию твердых растворов облегчает их спекание вследствие дополнительного выигрыша в величине свободной энергии системы, связанного с ее уменьшением при образовании твердого раствора. В то же время спекание готовых твердых растворов, как правило, более затруднено, чем чистых металлов. 252

§ 4. КИНЕТИКА ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ОДНОИМЕННЫХ МЕТАЛЛОВ

Выше отмечалось (см. § 2, гл. I), что при сварке в твердом состоянии любых металлов с чистой поверхностью всегда уменьшается свободная энергия системы, приближающейся к термодинамическому равновесию. Поэтому при диффузионной сварке одноименных металлов, когда длительный нагрев благоприятствует достижению такого равновесия, основной интерес представляет анализ кинетики формирования соединения. Такой анализ, как правило, основывается на изучении зависимости свойств соединения от продолжительности сварочного нагрева. При этом считают, что достижение контролируемым свойством высокого и установившегося значения свидетельствует о завершении формирования соединения. Однако характер кинетической кривой заметно зависит

от принимаемого за основу свойства. Например, при сварке в вакууме 5- 10б мм рт. ст. (Т = 1000° С, .§ р = 2 кГ/мм2) образцов из ■§ стали Ст.З с предваритель- * но окисленной поверхно- ^ стью стабильные значения | пределов прочности и те- £ кучести соединения достигались за 4—8 мин (рис. 162, а), в то время как его относительное удлинение росло вплоть до /=16 мин.

Что же следует считать при анализе кинетических зависимостей моментом завершения физического процесса сварки? Г. А. Кораб и др. показали на примере диффузионной сварки арм-ко-железа, что после прекращения преимущественной пластической деформации в зоне соединения в нем отсутствуют дефекты (обнаруживаемые под оптическим микроскопом) и достигается высокая прочность [84]. При этом прекращение преимущественной деформации отожде-

6. кГ1пп?.6.% 50

[30

1*8 Ю

б. кГ/мм2; ?, % 50

Время сварки а)

51 *

16

12

Врєня сварки 6)

Рис. 162. Зависимость механических свойств соединения от продолжительности диффузионной сварки (сталь Ст. 3; Т — 1000° С; р= 2кГ/мм2; вакуум ~5Х 10 8 мм рт. ст.):

о—сварка образцов с предварительно окисленной поверхностью; б—сварка образцов после вакуум-

ной очистки