Термодинамические условия образования сварного

соединения в твердой фазе. Сварка однородных материалов

1.1. Идеальный случай – кристаллографические оси совпадают:

а) кристаллы не имеют дефектов;

б) поверхности кристаллов абсолютно чистые и ровные;

в) сближение кристаллов происходит в вакууме и ионы в узлах кристаллографической решетки располагаются точно друг против друга.

В результате сближения идеальных кристаллов химические связи между поверхностными ионами кристаллов. Поверхностные ионы окружены меньшим числом ионов и обладают избыточной энергией -F_n.

При сварке происходит уменьшение свободной энергии системы на величину 2F_n (исчезают обе поверхности):

т.е. процесс термодинамически выгоден.

1.2. Сварка однородных кристаллов с не совпадающими осями

Границы зерен с различно ориентированными кристаллографическими осями имеют упругие искажение кристаллической решетки в узкой пограничной области шириной в несколько атомных слоев. На эти упругие искажения расходуется энергия F_гр.

Термодинамически сварка таких кристаллов возможна, если она ведет к уменьшению свободной энергии ∆F < 0.

Энергия упругих искажений кристаллографической решетки:

+ F_гр

Энергия упругих искажений кристаллической решетки:

где G – модуль сдвига;

- вектор Бюргерса ≈ d;

μ – коэффициент Пуассона;

Θ – угол между плоскостями кристаллической решетки [радиан];

А – const (экспериментально);

Условие ∆F < 0 для кристаллов одного сплава всегда выполняется. Пример: для α – Fe при Θ = 60⁰, t = 1100⁰С, F_n = 1,95*10^-4 Дж/см², F_гр = 0,79*10^-4Дж/см².