RU2720267C1

RU2720267C1 - Diffusion welding method

Info

Publication number: RU2720267C1
Application number: RU2018142633A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Владимирович Люшинский; Елена Степановна Федорова
Original assignee: АО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-04-28

Abstract

FIELD: methods and devices for metal processing.

SUBSTANCE: invention relates to diffusion welding and can be used for making bimetallic structures consisting of a combination of stainless steel + titanium alloy or titanium alloy + nickel alloy in virtually all industries. Bimetallic structures to be welded are made from materials which form intermetallic phases. Intermediate layer is placed between welded materials in form of porous tape from ultrafine metal powder (UMP). Diffusion welding is carried out at temperature making 0.85–0.9 of temperature of formation of intermetallic phases of metal of intermediate layer with one of welded materials and between welded materials.

EFFECT: intermediate layer of UMP minimizes formation of intermetallides, which enables to avoid diffusion bond embrittlement at maintaining its tensile strength.

1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к сварке давлением в твердой фазе, в частности, к диффузионной сварке, и может быть использовано для изготовления биметаллических конструкций, состоящих из сочетания материалов нержавеющая сталь+титановый сплав, титановый сплав+никелевый сплав практически во многих отраслях промышленности.The invention relates to solid phase pressure welding, in particular to diffusion welding, and can be used for the manufacture of bimetallic structures consisting of a combination of materials stainless steel + titanium alloy, titanium alloy + nickel alloy in almost many industries.

Известен способ диффузионной сварки (Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: Машиностроение, 1976, с. 188), при котором при соединении титановых сплавов с нержавеющими сталями или титановых сплавов с никелевыми сплавами для повышения механических свойств соединений между свариваемыми поверхностями размещают промежуточные прослойки в виде фольг Ni, V, Cu и их сочетания. Такой вид промежуточной прокладки позволяет получать соединения с прочностью σ_в не менее 100 МПа, но с низкой пластичностью.A known method of diffusion welding (Kazakov NF Diffusion welding of materials. M: Mechanical Engineering, 1976, p. 188), in which when connecting titanium alloys with stainless steels or titanium alloys with nickel alloys to place the mechanical properties of the joints between the surfaces to be welded intermediate layers in the form of foils of Ni, V, Cu and their combinations. This type of intermediate gasket allows compounds with a strength of σ of _at least 100 MPa, but with low ductility.

Известен способ диффузионной сварки по патенту РФ №2184018, в соответствие с которым между свариваемыми поверхностями соединяемых деталей разнородных материалов располагают промежуточную прокладку в виде ленты, полученной путем прокатки ультрадисперсного порошка (УДП) металла или смеси УДП металлов. В свою очередь эти УДП получены термическим разложением муравьинокислых или щавелевокислых солей металлов. Такие УДП металлов имеют высокую активность (удельная поверхность более 17 м²/г) при спекании между собой и при припекании к свариваемым поверхностям. Параметры ленты: толщина 50-75 мкм и пористость 50-60%. Ранее проведенные эксперименты показали, что только такие толщина и пористость ленты обеспечивают максимальные прочностные свойства сварных соединений.A known method of diffusion welding according to the patent of the Russian Federation No. 2184018, in accordance with which between the surfaces to be welded the parts of dissimilar materials to be joined have an intermediate strip in the form of a tape obtained by rolling an ultrafine powder (UDP) of a metal or a mixture of UDP metals. In turn, these UDPs were obtained by thermal decomposition of formic acid or oxalate metal salts. Such metal UDPs have a high activity (specific surface area of more than 17 m ² / g) during sintering with each other and during sintering to the surfaces to be welded. Tape parameters: thickness 50-75 microns and porosity 50-60%. Previous experiments showed that only such thickness and porosity of the tape provide the maximum strength properties of welded joints.

Основной недостаток данной технологии применительно к диффузионной сварке стали с титановым сплавом или титанового сплава с никелевым сплавом заключается в образовании в процессе сварки интерметаллидов между соединяемыми металлами, например, в системе «сталь - промежуточный слой - титановый сплав».The main disadvantage of this technology in relation to diffusion welding of steel with a titanium alloy or a titanium alloy with a nickel alloy is the formation of intermetallic compounds between the metals being joined during welding, for example, in the steel-intermediate-titanium alloy system.

Данный недостаток устраняется путем подбора параметров режима диффузионной сварки, в частности, температуры процесса, при которой между компонентами системы не образуется интерметаллидных фаз. Применение промежуточного слоя из УДП никеля, частицы которого обладают большим запасом поверхностной энергии, позволяет производить диффузионную сварку, например, титана со сталью при температурах ниже 800°С. Согласно диаграмм состояния «титан - никель» и «титан - железо» при данных температурах образование интерметаллидов минимально. Такой режим сварки титана со сталью позволяет избежать охрупчивания диффузионного соединения при сохранении его предела прочности на разрыв не менее 0,5 от предела прочности стали при комнатной температуре.This disadvantage is eliminated by selecting the parameters of the diffusion welding mode, in particular, the process temperature at which no intermetallic phases form between the system components. The use of an intermediate layer of UDP nickel, the particles of which have a large reserve of surface energy, allows diffusion welding of, for example, titanium and steel at temperatures below 800 ° C. According to the state diagrams “titanium - nickel” and “titanium - iron” at these temperatures, the formation of intermetallic compounds is minimal. This mode of welding titanium with steel allows one to avoid embrittlement of the diffusion joint while maintaining its tensile strength not less than 0.5 of the tensile strength of steel at room temperature.

Пример конкретного выполнения способа.An example of a specific implementation of the method.

Производили диффузионную сварку деталей из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ПТ-3В диаметром ∅14 мм. Между свариваемыми поверхностями соединяемых деталей располагали промежуточный слой из УДП никеля, прокатанного в ленту толщиной 60 мкм и пористостью 55%. Размер частиц исходного УДП составлял менее 0,01 мкм, а удельная поверхность порошка была около 17 м²/г. Применение ленты обеспечило получение переходной зоны диффузионных соединений, однородной по толщине и плотности, и в то же время реализовать чрезвычайно большой запас свободной энергии частиц порошка, из которых состоит лента.Diffusion welding of parts made of stainless steel 12X18H10T and titanium alloy PT-3V with a diameter of ∅14 mm was performed. Between the welded surfaces of the parts to be joined, an intermediate layer of UDP nickel, rolled into a strip 60 μm thick and 55% porosity, was placed. The particle size of the initial UDP was less than 0.01 μm, and the specific surface of the powder was about 17 m ² / g. The use of the tape provided a transition zone of diffusion compounds, uniform in thickness and density, and at the same time realized an extremely large supply of free energy of the powder particles that make up the tape.

Вакуумировали камеру с последующим нагревом деталей до температуры сварки Т=760±3°С, что ниже температур образования интерметаллидных фаз согласно диаграмм состояния Ti-Fe и Ti-Ni.The chamber was evacuated, followed by heating the parts to a welding temperature T = 760 ± 3 ° C, which is lower than the temperatures of the formation of intermetallic phases according to the phase diagrams of Ti-Fe and Ti-Ni.

Параметры режима сварки: температура сварки Т=760±3°С, сварочное давление Р=1 кгс/мм², время выдержки t=20 мин. Проведенные механические испытания на растяжение показали, что среднее значение предела прочности у сварных образцов составило σ_в≥45 кгс/мм², что вполне достаточно для обеспечения прочностных характеристик для выбранной номенклатуры изделий.Welding mode parameters: welding temperature T = 760 ± 3 ° С, welding pressure P = 1 kgf / mm ² , holding time t = 20 min. The mechanical tensile tests showed that the average value of the tensile strength of welded samples was σ in _≥ 45 kgf / mm ² , which is quite enough to provide strength characteristics for the selected product range.

Claims

A method of manufacturing diffusion welding of bimetallic structures from materials forming intermetallic phases, comprising placing between the materials to be welded an intermediate layer in the form of a porous strip of ultrafine metal powder, characterized in that the diffusion welding process is carried out at a temperature of 0.85-0.9 the temperature of formation of intermetallic phases of the metal of the intermediate layer with one of the materials being welded and between the materials being welded.