4 ВВЕДЕНИЕ
Современная отечественная энергетика развивается в соответствии с долгосрочной Энергетической программой строительства мощных ТЭС, ТЭЦ и АЭС. В то же время Энергетическая программа предусматривает экономию энергоресурсов во всех сферах их использования. Высокоэффективным способом экономии использования топлива является комбинирование выработки теплоты и электрической энергии.
Высокий технический уровень паровых турбин по экономичности и надёжности, маневренность, а также хорошая приспосабливаемость к различным тепловым схемам и потребителям механической энергии, при широких диапазонах изменения параметров пара, значительно расширили диапазон применения паровых турбин малой мощности. Повышение качества и увеличение эксплуатационной надёжности систем автоматического регулирования частоты вращения и давления пара в отборах поставило ряд задач по увеличению антифрикционных свойств пар и узлов трения.
Основные проблемы получения высококачественного бронзового покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе нанесения антифрикционного слоя ряда характерных дефектов и, в первую очередь, трещин на границе сплавления «бронза-сталь». Указанные дефекты существенно снижают работоспособность антифрикционного слоя.
Известные способы нанесения антифрикционных покрытий не во всех случаях обеспечивают требуемое качество наплавляемого слоя и зоны сплавления, что ограничивает срок эксплуатации необслуживаемых энергетических установок. В связи с этим приобретают большое значение работы, направленные на изучение комбинированных способов нанесения покрытий с целью повышения качества наносимого антифрикционного слоя.
Целью работы является повышение качества наплавленного слоя путём использования комбинированного аргонодугового способа наплавки.
5
Методы исследования. Основные задачи работы решались на основе сочетания теоретических и экспериментальных методов исследования. Теоретические расчёты базировались на аппарате теории теплопроводности и классической теории электромагнетизма.
Теоретические расчёты тепловых полей в случае наплавки наружной поверхности полого цилиндра проводились на основе аналитической модели, учитывающей ограниченность наплавляемого изделия по длине. При оценке вероятности порообразования в наплавленном слое рассматривался баланс сил, действующих на движущуюся пору в вязком металле. Для определения оптимальных температурных условий работы неплавящегося вольфрамового электрода использована модель, основанная на конечно-разностной аппроксимации стационарного нелинейного уравнения теплопроводности. Численное решение осуществлялось по явной разностной схеме методом сквозного счёта на установление.
Экспериментальный метод исследования состоял в записи термических циклов точек наплавляемого цилиндра с помощью специального измерительного комплекса. Комплекс позволяет осуществлять одновременный опрос десяти хромель-алюмелевых термопар с частотой 40 Гц. Остаточные напряжения в наплавленном слое определяли методом голографической интерферометрии на измерительном комплексе «ЛИМОН ТВ». Для экспериментального определения потока магнитной индукции использовался комбинированный прибор Ш1-8, с зондом «С». Измерения геометрии профиля наплавленного слоя выполнялись на профилографе-профилометре модели 201.
Для определения внутренних и наружных дефектов в наплавленном металле и зоне сплавления применяли методы капиллярной и ультразвуковой дефектоскопии. Структуру наплавленного слоя исследовали с помощью оптической металлографии.
При исследовании геометрии наплавленного слоя использовался аппарат математической статистики.
6
Научная новизна работы. Проведённый анализ показал, что большинство способов наплавки не обеспечивают возможность получения антифрикционных свойств бронзового покрытия за один проход. Альтернативой традиционным является комбинированный двухдуговой способам наплавки, позволяющим гибко регулировать величину тепловложения как в основной металл, так и в присадочную проволоку.
Установлено, что электромагнитное взаимодействие основной и вспомогательной дуг, оказывает существенное влияние на качество технологического процесса комбинированной наплавки. Экспериментальные исследования показали, что при увеличении тока в присадочной проволоке (ток вспомогательной дуги) от 60 до 150 А, приводит к отклонению оси дуги неплавящегося электрода (основная дуга) на угол от 15 до 40 градусов. Полученные данные по взаимному влиянию магнитных полей могут быть использованы для исследования двухдуговых способов сварки и наплавки.
Проведённые опыты показали, что снижение степени сосредоточенности дуги, за счёт использования в качестве неплавящегося электрода (катода) цилиндрического плоскозаточенного вольфрамового прутка, приводит к повышению технологических характеристик наплавленного слоя.
Практическая ценность работы. Применение комбинированного аргоно-дугового способа наплавки алюминиевой бронзы на низкоуглеродистую сталь позволяет гибко регулировать тепловложения в основной металл и присадочную проволоку, что повышает качество антифрикционного слоя.
Разработаны практические рекомендации и технология по использованию процесса комбинированной аргонодуговой наплавки.
Реализация результатов работы. Разработанная технология и оборудование прошли опытно-промышленное апробирование и внедрение на ОАО «Калужский турбинный завод» с экономическим эффектом 168 тыс. рублей за
2001 г.
*
I
7
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на
научном семинаре кафедры М2-КФ «Технологии сварки» КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана; на научном семинаре МТ-7 «Технологии и оборудование сварочного производства» МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2001г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из_введе-ния, четырёх глав, списка литературы и приложения. Изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 17 таблиц и 105 наименований литературных источников и приложения.
8
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПУТИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ
НАНЕСЕНИЯ АНТИФРИКВДОННОГО
ПОКРЫТИЯ
1.1. Описание работы изделия и технологические требования, предъявляемые к наносимому слою
Освоение севера и северо-востока России базируется на энергии паротурбинных электростанций малой мощности с тепловыми потребителями, а иногда и на использовании чисто конденсационных схем. Наиболее уязвимыми в процессе эксплуатации турбин являются системы автоматического регулирования частоты вращения и давления пара в отборах
[1].
Особенности теплообменного оборудования турбин малой мощности
потребовали отыскания более простых, менее металлоемких конструкций с большим саморегулированием.
На Калужском турбинном заводе создана одно-насосная автоматическая система регулирования частоты вращения паровой турбины малой мощности при блочном исполнении гидравлических органов преобразования и усиления информации. Она позволила существенно повысить качество системы: повысить надежность до уровня, обеспечивающего в ряде случаев наработку до 10 лет эксплуатации без регламентных работ и переналадок; упростить и уменьшить габариты системы и ее элементов; упростить и привести к логическому единообразию все операции - от разработки до проверки такой системы.
Повышенная надежность и простота турбин малой мощности во многих случаях допускают эксплуатацию без местного обслуживания.
il:
На турбинах для привода органов парораспределения применяются сервомоторы с двухсторонним подводом рабочей жидкости к поршню и, как правило, с встроенной гидравлической обратной связью. В качестве рабочей жидкости используется турбинное масло.
Работоспособность сервомотора, определяется диаметром nopiL-ня и выбирается из расчета усилий, действующих на регулирующие органы турбины, с учётом сил трения в приводе. Общий вид поршня сервомотора представлен на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Поршень сервомотора
Поршень сервомотора перемещается непосредственно в расточке корпуса блока регулирования и имеет с каждой стороны цилиндрические полые отростки. Он имеет шаровое сочленение с рычажной передачей парораспределения, что допускает достаточно большие расцентровки оси сервомотора и рычага парораспределения, возникающие из-за неточностей сборки. Внутри поршня располагается трубка гидравлической обратной связи, к которой подводится масло их проточной импульсной линии. Площадь слива масла через щель обратной связи ограничена и зависит от положения поршня сервомотора.
¦ i v
10 Сервомотор должен обладать достаточной перестановочной силой для
преодоления паровых усилий и сил трения в парораспределении и в самом сервомоторе. Требования к самоцентровке поршня не являются столь жесткими, как в элементах регулирования с золотниками.
В первоначальном варианте поршень целиком изготавливался из бронзы Бр АМц 9-2. По экономическим соображениям было предложено изготовить поршень из стали Ст.З. с нанесением антифрикционного слоя из алюминиевой бронзы Бр АМц 9-2 на поверхности сопрягаемые с корпусом блока регулирования. При этом наплавленный слой должен иметь толщину не менее 1,5 мм, после механической обработки.
На поверхности биметалла допускаются отдельные поры и включения диаметром менее 0,4 мм, но не более 3 штук на площади 15 см2, мелкая пористость с размером пор диаметром до 0,1 мм на площади 0,5 см2. Дефекты, превышающие допустимые, подлежат разделке механическим путём и исправлению.
Поршень совершает возвратно - поступательное движение в корпусе блока регулирования сервомотора, осуществляя корректировку парораспределения. Диаметр поршня определяет производительность сервомотора. Наиболее применимы сервомоторы с диаметром поршня 180...250 мм.
1.2. Технологические особенности различных способов нанесения
антифрикционного покрытия
При выборе рационального способа получения биметаллического соединения для конкретного изделия необходимо знать технологические возможности различных способов нанесения покрытий и их характерные особенности [2].
Гальванические покрытия находят широкое применение при изготовлении биметаллических соединений [3]. Они имеют ряд преимуществ
I I
I 11
перед наплавкой: позволяют наносить тонкие покрытия равномерной толщины с различной твёрдостью и износостойкостью без нарушения структуры основного металла, поскольку он в процессе наращивания получения плакирующего слоя остаётся практически холодным.
В то же время этим способам присущи такие недостатки, как сложность и низкая скорость процесса (0,1 мм/ч - медь) снижение сопротивления усталости деталей, загрязнение окружающей среды отходами производства. Широкое применение эти способы находят при нанесении плакирующих слоев менее 0,3 мм.
Электроконтактная наплавка - высокопроизводительный способ нанесения плакирующих покрытий на наружные поверхности цилиндрических деталей. Возможно наплавлять материалы различной формы, с различными й физико-механическими свойствами (стальные ленты, порошки, проволоки).
Толщину наплавленного слоя можно регулировать в пределах 0,2... 1,5 мм, при /' этом припуск на механическую обработку составляет 0,2...0,5 мм. К
недостаткам данного способа следует отнести несплавление в отдельных местах с основным металлом и смежными валиками. Для наплавки медных сплавов данный способ не используется [4].
Вибродуговая наплавка характеризуется возможностью нанесения слоев требуемой твёрдости толщиной 0,5...3 мм на наружные и внутренние поверхности стальных и чугунных деталей диаметром 12... 100 мм. Однако качество наплавки невысокое: получаемые покрытия имеют большую пористость, с неравномерной твёрдостью и неоднородной структурой, что способствует возникновению значительных растягивающих напряжений и, как следствие, снижению усталостной прочности на 30...40 %.
Наплавка под слоем флюса - высокопроизводительный процесс получения слоев с необходимыми физико-механическими свойствами. ' Возможно получение наплавленных слоев толщиной 0,8... 10 \ш. В процессе
< наплавки происходит высокий нагрев детали и значительное перемешивание
основного и присадочного металлов. Нанесение слоев возможно на
12 цилиндрические детали диаметром более 55 мм, при этом возникает
необходимость в применении флюсоудерживающих устройств.
,• Наплавка порошковыми проволоками применяется при наплавке под
, слоем флюса, а также при наплавке открытой дугой без дополнительной
{ защиты. Этот способ широко применяется при восстановлении и ремонте
'е деталей.
¦ ; Наплавка в среде защитных газов, так же, как и вибродуговая наплавка,
i Y позволяет наносить на детали широкого диапазона диаметров 20 ... 400 мм
[ * слои толщиной 0,5 ... 3,0 мм, но более высокого качества при более высокой
¦' / ¦' ч .if
i/( производительности. Наплавка плавящимся электродом характеризуется
7 ' повышенным разбрызгиванием металла (до 15%) и значительным
/ ( перемешиванием основного и присадочного металлов, по отношению к / ; наплавке неплавящимся электродом. Использование аргонодуговой наплавки
/ неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки позволяет
получить меньшее термическое влияние, чем при вибродуговой наплавке [5].
Л Газопламенное и плазменное напыление и металлизация наиболее
i эффективно применяется при нанесении тонких слоев. Аппараты,
использующие напыляемый материал в виде проволоки - металлизаторы, а в виде порошка-установки порошкового напыления. Толщина наносимых слоев 0,02...0,3 мм. Твердость покрытия ниже твёрдости исходного металла, что » объясняется наличием окисных прослоек между частицами и неоднородностью
,; покрытия. Пористость покрытия является характерным дефектом [6, 7].
Плазменная наплавка характеризуется высокой производительностью процесса, при этом в зависимости от выбранной схемы ведения процесса возможно получение меньшей глубины проплавления, чем при дуговых способах наплавки. Однако, при этом способе значительный расход плазмообразующего газа [8].
13 1.3. Особенности наплавки алюминиевой бронзы на
низкоуглерёд истую сталь
Как известно, основные проблемы получения бронзового высококачественного покрытия на низкоуглеродистой стали связаны с образованием в процессе наплавки различных микро — дефектов и, в первую очередь, трещин на границе «сталь-бронза». Указанные дефекты существенно снижают общую работоспособность антифрикционного покрытия.
При наплавке бронзы на сталь в зоне сплавления и в наплавленном металле вследствие окисления элементов сплава, например алюминия [9], наблюдается образование оксидных включений, способствующих зарождению газовых пор.
Результатом газового анализа установлено содержание кислорода, водорода и азота в наплавленном и исходном состоянии для бронзы Бр Амц 9-2 (таб.1) [10].
Таблица 1.
Содержание кислорода, водорода и азота в наплавленном и исходном состоянии для бронзы Бр АМц 9-2
Объект исследования [О],% [N],% [Н],%
Проволока Бр АМц 9-2 0,0245 0,0061 0,00123
Наплавленный металл Проволокой Бр АМц 9-2 0,0127 0,0121 0,001
На концентрацию кислорода в наплавленном металле влияет наличие в свободном состоянии алюминия, являющегося эффективным раскислителем. Поэтому содержание кислорода в наплавленном металле меньше, чем в исходном.
При дуговом процессе наплавки интенсивное поглощение азота осуществляется жидким металлом сварочной ванны и зависит от времени
14 пребывания расплава в жидком состоянии, а так же от степени чистоты
используемого защитного газа [11].
В металле, наплавленном проволокой Бр А Мц 9-2 могут присутствовать окислы меди различной валентности. Они находятся в виде пленок (размером 10...50 мкм) и отдельных включений неправильной формы (размером 3...7 мкм) [10].
Источником водорода, отрицательно влияющим на качество наплавленного слоя является повышенная влажность защитного газа и его повышенное содержание в присадочной проволоке. В этом случае причиной пористости становится абсорбация водорода. При увеличении степени легирования и повышенном содержании связующих веществ, вероятность . порообразования снижается [12].
При воздействии легирующих элементов бронзы с кислородом в сварочной ванне появляются оксиды, которые могут быть инициаторами трещин [13].
Легирование алюминиевых бронз такими металлами, как Mn, Fe и Ni, существенно уменьшают их склонность к газонасыщению при высокотемпературном нагреве и вероятность образования оксидных включений [14]. Следует учитывать, что содержание железистых составляющих в наплавленном металле определяет распределение микротвердости по высоте |» наплавленного слоя [15, 16]
За счет быстротечности процесса нанесения плакирующего слоя окислы полностью не удаляются из него. Использование комбинированных дуговых / способов нанесения покрытий позволяет снизить тепловложение в основной
\ металл, что способствует уменьшению глубины проплавления последнего.
!- Глубина проникновения зависит не только от свойств наплавляемого и
1 ' ¦'" основного металла, но и от возникающих в процессе наплавки дефектов в виде
включений, диффузионных и кристаллизационных прослоек, и дефектов металлургического происхождения [17].
15 / Учитывая значительную зависимость конечного состава наплавленного
[ ,«¦, металла при дуговой наплавке от процессов окисления, происходящих в дуге и
1 i' | сварочной ванне, а так же от полноты перемешивания расплавленных
составляющих присадочной проволоки, необходимо обратить особое внимание на выбор параметров режима наплавки.
I Один из основных факторов, обусловливающих сложность наплавки
; бронзовых сплавов - высокая склонность к трещинообразованию.
Образование трещин зависит от технологии ведения процесса наплавки, параметров режима наплавки, состава присадочной проволоки и класса стали. Стойкость бронз против образования горячих (кристаллизационных) трещин, при прочих равных условиях, зависит от эффективного интервала кристаллизации. Чем уже этот интервал, тем стойкость к образованию горячих трещин выше, что соответствует общим представлениям о склонности металлов и сплавов к образованию горячих трещин [18]. Установлено, что алюминиевые бронзы имеют интервал кристаллизации от 20 до 30 ° С, медно - никелевые - от 65 до 70 ° С, оловянные бронзы около 150° С.
Возникновение кристаллизационных трещин в процессе наплавки бронзы на сталь, в значительной степени связано с содержанием железа в шве, что отрицательно сказывается на характере кристаллизации сплава, из-за превышения критической величины растягивающих напряжений [19, 20].
Помимо зоны сплавления в сечении наплавленного шва можно выделить \ следующие зоны: зона сплавления, зона термического влияния стали,
; околошовная зона и зона термического влияния бронзы. Наиболее критичной с
точки зрения образования трещин является зона термического влияния стали. I Протяженность зоны термического влияния стали зависит от исхрдного
состояния стали и составляет 1,4...2,1 мм. В данной зоне можно выделить участки, характеризующиеся свойственной им микроструктурой и размером зерна. К ним относятся: участок оплавления зёрен, участок с признаками перегрева, участок неполной перекристаллизации и т.д. Чем выше температура
I
16
нагрева и скорость охлаждения металла зоны термического влияния соединения, тем значительнее изменение его структуры и, соответственно механических свойств. Металл зоны, прилегающей к наплавленному шву, после процесса наплавки характеризуется низкими пластичностью (6= 2 — 4 %) и ударной вязкостью (а„ = 150 кДж/м2).
При наплавке на границе зоны сплавления в стали имеются искажения кристаллической решётки, характеризующиеся накапливанием избыточной свободной энергии по границам зёрен стали в местах наибольших искажений. Это приводит к увеличению скорости диффузии атомов бронзы. Под действием диффузии происходит заполнение освободившегося объёма бронзой. По мере снижения температуры расплава в процессе кристаллизации под действием упругих напряжений сжатия объём проникновения бронзы в сталь увеличивается.. [19, 20].
Увеличение содержания углерода приводит к проникновению меди в поверхностные слои стали. Диффузия углерода из растворенного медью слоя стали вызывает неоднородность углерода в зоне сплавления. Степень неоднородности распределения углерода зависит от его исходного содержания в стали, времени контакта с жидкой бронзой, а так же от параметров режима наплавки [21].
Зона термического влияния бронзы обычно имеет крупнозернистую структуру с постепенным уменьшением зерна по мере приближения к зоне сплавления. Ширина зоны для сплавов составляет 2,2...4,1 мм. Содержание железа на границе сплавления максимально (0,4...0,8%) ,а по мере удаления от зоны сплавления падает до нуля [22].
Наряду с образованием трещин в зоне термического влияния, в зависимости от способа наплавки бронзы повышается склонность к образованию холодных трещин в околошовной зоне стали. Такие трещины образуются в твёрдом состоянии на расстоянии 0,5...5 мм от границы сплавления. Установлено, что их образование зависит от пластических свойств
17 при повышенных температурах. Различная склонность бронз к образованию
трещин в околошовной зоне определяется различным уровнем пластических свойств при повышенных температурах. Для различных сплавов величина температурного интервала 25О...7ОО°С. В данном интервале наблюдается резкий провал пластичности. Минимальным уровнем пластических свойств обладают медноникелевоалюминиевые сплавы и оловянные бронзы, максимальным марганцево-алюминиевые бронзы. Повысить характеристики пластичности при температуре выше ЗОО°С позволяет добавление микролигирующих добавок. Наиболее эффективна комплексная добавка (бора 0,5 % и ванадия 0,5 %). Введение этих компонентов позволяет повысить величину относительного удлинения бронзы в интервале провала пластичности до 20%. А именно, чем ниже уровень пластических свойств, тем больше склонен сплав к образованию трещин в твердом состоянии. Минимальная величина относительного удлинения в температурном интервале провала прочности бронз 8mjn может служить количественной характеристикой склонности к образованию трещин в твердом состоянии. Предлагается следующая оценка свариваемости медных сплавов в зависимости от уровня 5min.: хорошо свариваемые сплавы - 5mjn > 20 %, удовлетворительно - от 6 до 20%, ограничено - от 2 до 5,9%, плохо или не свариваемые - менее 2% [18].
Хорошо наплавляемые сплавы не требуют применения специальных технологических приемов. При нанесении удовлетворительно наплавляемых сплавов желательно не создавать большой сварочной ванны и отслеживать температуру подогрева образца в процессе наплавки. Наплавку ограниченно наплавляемых сплавов рекомендуется производить на минимальной погонной энергии с охлаждением металла соединения после выполнения каждого прохода. [18].
Полная оценка наплавки бронзы должна производиться с учетом ее стойкости к образованию, как кристаллизационных трещин, так и трещин в твердом состоянии.
18 1.4. Существующие теории трещинообразования при наплавке
бронзы на сталь
Несмотря на многочисленные исследования межкристаллитного проникновения, до сих пор нет единого взгляда на механизм последнего. В статьях [23, 24] указывается, что на поверхности кристаллизующейся стали в результате действия упругопластических деформаций растяжения образуется микрощель. Вследствие капиллярного эффекта в неё проникает жидкая медь. В устье микрощели она вызывает дополнительное давление на стенки щели, что ! приводит к развитию микро надрыва, к образованию трещины большей длины,
в которую и проникает жидкая медь.
В работах [25, 26] сделан вывод, что механизм межкристаллитного проникновения имеет диффузионную природу. Есть предположение, что межкристаллитное проникновение является результатом растворения (коррозии) металла под напряжением [27].
•*<• В работе [28] высказано мнение, что межкристаллитное проникновение
происходит в следствие адсорбционного эффекта.
'•j С позиций предложенных механизмов трудно объяснить все
( особенности межкристаллитного проникновения. В зависимости от состава
медного сплава и стали, глубина межкристаллитного проникновения
• изменяется от нуля до десятков миллиметров, не смотря на то, что
коэффициент диффузии меди в ферритную и аустенитную сталь практически одинаков. Концентрация элементов в начале и конце межкристаллитного проникновения не изменяется, что не характерно для диффузионного процесса. Скорости растворения стали в монель - металле и оловянных бронз близки, а межкристаллитное проникновение отсутствует при наплавке монель - металла
; и имеет максимальную глубину при наплавке оловянных бронз.
1 Следовательно, межкристаллитное проникновение нельзя объяснить
диффузионными процессами или растворением стали в жидких сплавах.
19 Рассмотрим возможность межкристаллитного проникновения в
результате действия эффекта Ребиндера. Известно, что эффект адсорбционного понижения прочности металлов проявляется при наличии максимальных растягивающих и скалывающих напряжений, хорошего смачивания поверхности твердого металла жидким, малой растворимости жидкого металла в твердом [29].
Для установления механизма межкристаллитного проникновения необходимо учитывать следующие факторы: могут ли возникать зародышевые трещины в стали при высоких температурах и как они образуются; наблюдается ли в сталях в контакте с жидкими медными сплавами эффект потери прочности и пластичности и зависит ли он от состава сталей и медного сплава, температуры и прочего; когда возникают и как растут напряжения в стали в процессе наплавки; как развивается проникновение.
Исследования механических свойств сталей в участках, контактирующих с расплавами медных сплавов, показало, что в интервале от 1250 °С до температуры затвердевания сплавов в сталях наблюдается эффект абсорбционного понижения прочности и особенно пластичности.
При температурах выше 1250 °С этот эффект отсутствует. В то же время установлено, что прочность и пластичность сталей ферритного и аустенитно-ферритного классов на воздухе и покрытых расплавом жидких медных сплавов во всем рассматриваемом диапазоне температур находится на одном уровне.
. Следовательно, эффект Ребиндера в сталях аустенитного, перлитного и ряда других классов, контактирующих с жидкими медными сплавами, может проявляться только в узком интервале температур (ниже 1250 °С) при наличии в стали растягивающих напряжений. В работе [30] показано, что при сварке стали напряжение при охлаждении возникают, начиная с 1250... 1220 °С. При этом напряжения в аустенитных сталях растут интенсивнее, чем в сталях перлитного класса. Таким образом, обнаруживаемое в сталях аустенитного, перлитного, мартенситного и ряда других классов межкристаллитное
20 проникновение в сталь медных сплавов может быть объяснено эффектом
Ребиндера. %
Эффект Ребиндера - понижение прочности твердых тел в абсорбционно-активной среде вследствие физического и химического взаимодействия в поверхностном слое.
Возникновение зародышевой микротрещины в работах [23,24] связывают с образованием микротрещин в кристаллизующейся стали, в которые и проникает жидкая медь. Однако, межкристаллитное проникновение происходит и в том случае, когда сталь не расплавляется, т.е. в ней могут появиться микротрещины. Можно предположить, что на поверхности стали уже имеются готовые зародыши микротрещины, куда и проникает жидкий медный сплав. Исследование поверхности стальных пластин перед наплавкой на них медных сплавов не выявили в них готовых микротрещин, а в наплавленных пластинах межкристаллитное проникновение имело место. Следовательно, предположение, что причиной зародышевых микротрещин являются готовые микротрещины на поверхности стали, не подтверждается.
В работе [28] указывается, что зародышевая трещина в стали при взаимодействии с жидкими медными сплавами образуется в результате создания в поверхностном слое области устойчивых препятствий для выхода дислокаций на поверхность. Из-за этого в процессе деформирования возникают области локализованного сдвига с высокой концентрацией нормальных и касательных напряжений в голове скопления дислокаций перед препятствием. В результате образуется устойчивая зародышевая трещина. При выходе трещин в зону, контактирующую с жидким металлом, последний смачивает поверхности трещин, что приводит к возникновению на них областей искажения решетки. Однако при сварочных процессах такой механизм образования зародышевых трещин в стали вряд ли может иметь место. В работе [31] было показано, что при взаимодействии с расплавами медных сплавов твердая сталь интенсивно растворяется в расплаве, причем скорость этого процесса существенно выше скорости диффузии медных сплавов в сталь.

Получить работу