Проводимость слоистых систем

В слоистых металлических композиционных материалах к числу основных факторов, оказывающих влияние на теплопроводность, можно отнести искажения кристаллической решетки в металле слоев, подвергнутых двойному изгибу под действием взрывного нагружения и инерции свариваемых пластин, наличие зон механического упрочнения и разупрочнения вблизи границы соединения вследствие интенсивной пластической деформации околошовной зоны, сплошные слои и отдельные включения оплавленного металла, образовавшиеся при СВ, диффузионные прослойки, возникшие после высокотемпературного нагрева и наклеп металла при обработке давлением. Структура и размеры зон структурно-механической неоднородности зависят от физико-механических свойств соединяемых металлов и параметров применяемых операций: кинетической энергии W₂, затрачиваемой на пластическую деформацию при сварке взрывом, степени деформации при обработке давлением, температурно-временных условий термообработки после СВ или деформации. Как правило, сварка взрывом приводит к интенсивному повышению твердости в околошовной зоне (ОШЗ) - так называемой, зоне максимального упрочнения (ЗМУ), и практически равномерному упрочнению по толщине соединяемых материалов. При сварке термоупрочненныхсплавов в ОШЗ могут возникать зоны разупрочнения вследствие высоких температур, реализуемых за счет локального тепловыделения в процессе пластической деформации.

Для металлического композита, представляющего собой плоскую многослойную стенку, состоящую из плотно прилегающих нескольких слоев толщиной δ₁, δ₂, … δ_nи с коэффициентами теплопроводности λ₁,λ₂,… λ_n,тепловой поток составит

(6.4)

Так как каждое слагаемое в формуле (6.4) представляет собой термическое сопротивление слоя, то отсюда следует, что общее термическое сопротивление композита равно сумме термических сопротивлений слоев. Эквивалентный коэффициент теплопроводности композита λ_СКМ, который можно определить экспериментально, зависит только от термического сопротивления слоев и равен

(6.5)

Таким образом, сваренный взрывом на оптимальных режимах биметалл, не содержащий на границе соединения непроваров или участков оплавленного металла, правомерно рассматривать как четырехслойный композит, состоящий из двух слоев свариваемых металлов М₁ и М₂ и двух зон механического упрочнения ЗМУ₁ и ЗМУ₂ (рис.6.1, а). Рекристаллизационный отжиг биметалла приводит к исчезновению зон механического упрочнения, но может привести к появлению диффузионных прослоек (ДП) с одной или обеих сторон от границы соединения (рис.6.1, б). Для расчета могут быть использованы справочные данные о коэффициентах теплопроводности исходных материалов с учетом химического состава, степени наклепанности и эксплуатационных температур. Значения коэффициентов теплопроводности ЗМУ и диффузионных прослоек, образующихся при термической обработке композитов, в литературе отсутствуют.

а

б

Рис. 6.1. Расчетная схема биметалла после сварки взрывом (а) и отжига, приводящего к появлению диффузионных прослоек (б)