RU1779512C - Способ соединени хрома с никелем и никелевыми сплавами - Google Patents

Abstract

Использование: при получении соединений хрома с никелем и никелевыми сплавами . Сущность изобретени : способ включает размещение между свариваемыми поверхност ми промежуточной прокладки из алюмини , нагрев, сдавливание, изотермическую выдержку и охлаждение, причем в качестве составл ющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной 0,1-2 мкм, а изотермическую выдержку провод т при 1100 - 1250°С в течение 20 - 60 мин.

Description

Изобретение относитс  к сварке, в частности к диффузионной сварке в вакууме, и может быть использовано в авиационной, машиностроительных, химической и других отрасл х промышленности.

Известен способ соединени  металлических материалов, по которому используют промежуточную прокладку с экзотермическим эффектом. По этому способу соедин емые материалы с промежуточной прокладкой нагревают, сдавливают, провод т изотермическую выдержку и охлаждают .

Недостатком способа  вл етс  образование в контакте соедин емых материалов интерметаллидов, не  вл ющихс  барьером дл  диффузионного взаимодействи , в результате чего при длительной эксплуатации снижаетс  жаропрочность соединени .

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ соединени  никел  и хромосодержащих сплавов через прослойку из алюмини . По этому способу между соедин емыми материалами помещают прослойку алюмини  толщиной от нескольких микрон до 100 мкм. Соедин е- едые материалы с прослойкой нагревают до

температуры 700 - 1000°С, сдавливают, провод т изотермическую выдержку в течение 8 ч и охлаждают.

Недостатком способа  вл етс  высока  скорость взаимодиффузии соедин емых материалов , в результате чего при длительной эксплуатации при повышенных температурах снижаетс  жаропрочность соединени .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества соединени  за счет увеличени  длительной жаропрочности при повышенных температурах и снижени  энергоемкости процесса соединени  хрома с никелем и никелевыми сплавами.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в качестве составл ющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной 0.1 - 2 мкм, а изотермическую выдержку провод т при 1100 - 1250°С в течение 20 - 60 мин.

В результате взаимодействи  окисной пленки на хроме с алюминием идет выделе ние тепла, интенсифицирующего соединени  материалов, Взаимодействие идет по реакции: СгаОз + 2AI н 2Сг. Образующа с  окись алюмини   вл етс  диффузионным барьером, преп тствующим

Ё

взаимодиффузии соедин емых материалов Выдел ющийс  хром в активном состо нии прочно соедин етс  с окисью алюмини  и поверхност ми сплава хрома и никелевого сплава. Избыточный алюминий взаимодействует с никелем жаропрочного сплава и образует интерметаллид NiaAl, дополнительно упрочн ющий соединение.

При толщине окисного сло  хрома больше верхнего предела, т.е. более 2 мкм, образуетс  прослойка металлокерамики Сг - А120з критической толщины и неоднородного состава, поэтому разрушение сваренного издели  происходит по металлокерамике, длительна  жаропрочность ниже, чем изготовленных деталей по способу, прин тому за прототип (4,5 ч).

При толщине окисного сло  на хроме меньше 0,1 мкм эффект повышени  жаропрочности не имеет места из-за недостаточности количества образующейс  окиси алюмини  и чистого хрома. Длительна  жаропрочность равна или ниже чем при изготовлении по способу, вз тому за прототип (5ч).

Способ заключаетс  в следующем.

Поверхность сплава хрома окисл ют любым известным способом (термическим, химическим или др.) до образовани  пленки окисла толщиной 0,1-2 мкм. Помещают соедин емые детали из сплава хрома и сплава никел  с размещенной между ними промежуточной прокладкой из фольги алюмини  толщиной 5-100 мкм в камеру установки диффузионной сварки. Создают в камере разрежение 1 - 10 Па и нагревают соедин емые детали до 1100 - 1250°С, сдавливают с усилием 8-30 МПа и провод т изотермическую выдержку в течение 20 - 60 мин. Затем охлаждают соединенные детали до 20...60°С, развэкуумируют -камеру установки и извлекают готовые издели .

На поверхности алюминиевой прослойки перед сваркой (нагревом) имеетс  слой окисной пленки. Однако, в результате совместного воздействи  нагрева и сдавлива- ни  деталей уже при температуре плавлени  алюмини  происходит дробление (разрушение) окисной пленки алюмини  и частичное ее выдавливание из зоны соединени . При этом отдельные диспергированные частицы разрушенной пленки окиси алюмини  остаютс  в зоне соединени . Обнажившийс  слой алюмини  прокладки и взаимодействует с окисью хрома.

Наличие на контактной границе окислов алюмини  создает барьерный слой, пре- п тствующийвзаимодиффузии

компонентов соединенных материалов: хрома с одной и никел  с другой стороны. В

результате жаропрочность соединени  не снижаетс  в течение длительного времени эксплуатации при повышенной температуре . Кроме того, отсутствие избыточного со- держани  хрома в никелевом сплаве также повышает его жаростойкость в течение длительного промежутка времени при повышенных температурах.

П р и м е р 1. Соединени  сплава хрома ВХ2И с никелевым сплавом ЭИ435.

Помещают соедин емые детали из сплава хрома с окисной пленкой толщиной 1 мкм, сплава никел  и промежуточной прослойки алюмини  толщиной 50 мкм в камеру установки диффузионной сварки, которую вакуумируют, Детали сдавливают с усилием , обеспечивающим давление 25 МПа. Провод т изотермическую выдержку при 1150°С в течение 40 мин и охлаждают до 40°С Развакуумируют камеру установки и извлекают сваренные детали.

Проведенные в MATH им. К.Э.Циолковского испытани  показали, что полученное соединение не разрушаетс  в течение 50 ч при температуре 1200°С и раст гивающем напр жении 10 МПа. Соединение по способу , вз тому за прототип, разрушалось после нагружени  в течение 5 ч.

П р и м е р 2. Способ по примеру 1 с тем отличием, что толщина сло  окисла на хроме составл ет 2 мкм, а толщина промежуточной прокладки из алюмини  100 мкм.

Соединение разрушалось после 35 ч испытаний под нагрузкой, создающей раст - гивающее напр жение 10 МПа при 1200°С.

П р и м е р 3. Способ по примеру 1 с тем отличием, что толщина сло  окисла на хроме составл ла 0,1 мкм и примен ли промежуточную прокладку из алюмини  .толщиной 10 мкм.

Соединение разрушалось после 40 ч испытаний под нагрузкой, создающей раст гивающее напр жение 10 МПа при 1200°С.

П р и м е р 4. Способ по примеру 2 с тем отличаем, что толщина окисного сло  на хроме была равна 2,5 мкм.

Соединение разрушалось после 4 ч испытаний при той же нагрузке при 1200°С.

П р и м е р 5. Способ по примеру 3 с тем отличием, что толщина окисного сло  на хроме составл ла 0,05 мкм.

Соединение разрушалось после 5 ч испытаний при той же нагрузке при 1200°С.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ соединени  хрома с никелем и никелевыми сплавами, предусматривающий размещение между свариваемыми поверхност ми промежуточной прокладки из алюмини , нагрев, сдавливание изотерми517795126

   ческую выдержку и охлаждение, о т л и ч а-сти процесса, в качестве составл ющей из

   ю щ и и с   тем, что, с целью повышени хрома используют заготовку с окисленной

   качества соединени  за счет увеличени поверхностью толщиной 0,1-2 мкм, а изодлительной жаропрочности при повышен- термическую выдержку провод т при 1100ных температурах и снижени  энергоемко-5 1250°С в течение 20-60 мин.