Для правильного понимания механизма сварки разнородных металлов и сплавов без расплавления необходимо прежде всего выяснить закономерности ранних этапов диффузионного взаимодей­ствия, когда интер металлические фазы лишь начинают возникать и их наличие еще не привело к существенному ухудшению механи­ческих свойств. При этом необходимо учесть реальную структуру свариваемых металлов и, в частности, наличие границ зерен, дисло­каций, неравновесных вакансий и др., а также нестационарность по температуре и давлению самого процесса сварки.

Необходимо прежде всего учесть весьма ограниченное приме­нение законов диффузии Фика. Коэффициент диффузии существенно зависит от реальной структуры металлов и от концентрации.

При сварке не чистых металлов, а разнородных сплавов диф­фузия может происходить, когда градиент концентрации близок к нулю, при неравенстве нулю градиента термодинамического по­тенциала дФ/ду. Нарушение первоначального распределения угле­рода, возникшее вследствие сварки стали двух сортов различного состава, можно объяснить тем, что сродство углерода к железу больше, чем к кремнию. Подобные явления возрастания градиента концентрации дс/ду в ходе диффузионного отжига сварного стыка не могут быть объяснены в рамках классической теории диффузии. Необходимо -привлечение термодинамических  представлений.

Неравенство парциальных коэффициентов гетеродиффузии приводит не только к смещению сварного стыка относительно первоначальной плоскости соприкосновения, но и к возникновению пор вблизи по­следней со стороны легкоплавкого металла, а также изменению поперечных размеров со стороны тугоплавкого металла.

Эффективный коэффициент диффузии в объеме реального металла отличается от коэффициента диффузии в достаточно совершенном монокристалле того же металла. Эти отличия еще более существенны в микроскопическом масштабе. Поэтому для правильного понима­ния начальных этапов формирования интерметаллидов необходимо учесть, что коэффициенты диффузии у границ зерен DrV и вдоль дислокации D0 существенно превышают коэффициенты объемной диффузии D0q. Так, отношение Drp/Do6 может достигать значения 106 [84]. Поэтому глубина проникновения за счет диффузии по грани­цам зерен и вдоль дислокации больше, чем посредством объемной диффузии, а концентрация диффундирующего компонента окажется повышенной по границам зерен и вдоль дислокаций в зоне сварного стыка по сравнению со средней макроскопической концентрацией на данной глубине у. Этот эффект особенно существен в случае малой предельной растворимости диффундирующего компонента. Тогда перенос вещества (например, железа в алюминий) осуществляется в основном лишь за счет диффузии вдоль дефектов кристаллической решетки.

Возникший локальный объем твердого раствора с повышенной концентрацией может в дальнейшем эволюировать двумя путями: установление упорядоченного расположения атомов в кристалли­ческой решетке твердого раствора; распад последнего на две фазы.

Страницы: 1 2