Лазерный мир

Ельцов // Инновации. Наука. Образование. 2021. № 43. С. 905-908. 

Для повышения механических характеристик сварных соединений в было предложено два подхода на основе пост обработки сварного шва. Первый подход основан на холодной пластической деформации сварного шва с разной степенью деформации. Второй подход на основе термической постобработки сварного соединения в виде закалки и искусственного старения, который оказался наиболее эффективным с точки зрения достижения основной цели проекта получения высокопрочных сварных соединений.

Оптимальные схемы ТО были найдены, получены механические характеристики (временная прочность, предел текучести, относительное удлинение при разрыве) фактически равные исходному сплаву. Подтверждением этого является более 22 публикации в ведущих отечественных и зарубежных журналов, из них 7 относятся к Q1 по SJR. [3, с. 105] При этом были обнаружены новые закономерности влияния основных легирующих элементов Cu, Mg и Li на механические свойства. Например: изменение параметров решетки твердого раствора в процессе ТО, слабое влияние закалки на прочность шва сплавов, легированных Mg и определяющее влияние оптимальной закалки для сплавов, легированных Cu, дающее увеличение прочности на величину порядка 80-130 МПа в зависимости от концентрации Cu.

Природа этих закономерностей остается открытой и указывает на наличие различных механизмов упрочнения в зависимости от химического состава легирующих элементов Cu, Mg и Li за счет разных режимов формирования упрочняющих фаз сварного шва на стадии закалки и искусственного старения. Исследование этих явлений принципиально важно как для понимания физики процесса формирования упрочняющих фаз, так и для создания новых алюминиево-литиевых сплавов с уникальными свойствами.

Хорошо известно, что более высокой пиковой прочности можно достичь благодаря хорошо сбалансированному образованию когерентных и последующих полукогерентных кристаллической решетки Al, выделений зон ГП и метастабильных частиц интерметаллидных фаз, которые служат препятствием для движения дислокаций. Движущиеся при пластической деформации дислокации перерезают зоны ГП и метастабильные частицы, однако упругие деформации, существующие вокруг зон, нарушение упорядоченности в расположении атомов при прохождении дислокаций через зоны, обусловливают повышение напряжения, необходимого для движения дислокаций. Диффузионные процессы в твердом растворе и их влияние на образование стабильных фаз подробно исследованы для смеси Al-Cu-Mg. Здесь важно подчеркнуть различие двух процессов.

При затвердевании расплава сварного шва формирование фаз на границах субзерен может быть обусловлен неравновесной кристаллизацией, т.е. диффузионными процессами в жидкой фазе. При закалке и старении фазовые изменения происходят в твердом растворе, т.е. значительно медленнее. [6, с. 138] Температурная зависимость коэффициента диффузии (D) имеет вид D=D0exp(-Q/RT), где DO-постоянная величина, характеризующая систему; Q -энергия активации, которая определяет величину энергии, требующейся для вырывания атома из кристаллической решётки; R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Видно, что коэффициент диффузии тем меньше, чем выше энергия активации и возрастает с увеличением температуры.

Именно поэтому максимальный эффект упрочнения наблюдается при тех режимах старения, при которых образуются дисперсные, равномерно распределенные в матрице на небольших расстояниях одна от другой интерметаллидные частицы. [2, с. 191] Укрупнение частиц и увеличение расстояний между ними приводит к снижению прочности. При выборе режима старения (температуры и продолжительности), как правило, исходят из условия обеспечения максимальной прочности. Все эти процессы требуют специального изучения и оптимизации.