SU1118494A1 - Способ пайки - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПАЙ1Ш некапшш рных соединений, пру котором в зазоре размещают смесь тугоплавкого и легкоплавкого металлических порошков, производ т нагрев до температл выше температуры плавлени  легкоплавкой фракций порошковой смеси, но ниже температуры плавлени  па емого материала, и щхшзвод т растворение тугоплавкой фракции в расплаве , отл ич ающий с   тем, что, с целью повышени  жаропрочности соединений путем приближени  состава шва к составу па емого материала , в качестве легкоплавкой фракции берут порошок, по химическому соЬтаву соответствукщий составу ликвата па емого материала, имеющего наименьшую температуру плавлени , (О a в качестве тугоплавкой фракции порошок , соответствукщий составу с основной фазы твердого раствора па емого материала. §

Description

00

4 со

14 1 Изобретение относитс  к пайке металлов и может быть использовано в мантностроении дл  изготовлени  соединений с некапилл рными сборочными зазорами узлов двигателей и транспортных машин. Известен способ пайки соединений с широкими (некапилл рными) сборочн ми зазорами, при котором в .качестве припо  используют порошковые сме си двух металлических компонентов: тугоплавкого, заполн ющего зазор и нерасплавл ющегос  во врем  пайки и легкоплавкого, расплавл ющегос  во врем  пайки и соедин ющего при последующей кристаллизации па емые детали с частицами тугоплавкого по рошка. При этом в качестве тугоплавких Компонет1тов используют порошки- чистых металлов или сплавов, из которых изготовлены па емые детали, а в качестве Легкоплавких компонентов - сплавы, избыточно легированные элементами , снижающими температуру плавлени , например, кремнием и бором l. Известен также способ пайки жаропрочных сплавов, при котором в качестве припо  используют сплав, соответствующий составу ликвата па емого металла, имеющего наименьшую температуру плавлени  2 . Этот способ из-за использовани  припо , родственного по составу основному металлу, обеспечивает образование па ного соединени , имеющего однородную с основным металлом структуру и близкие механические свойства. Однако однородную структуру па ного шва можно получить этим способом только при наличии весьма малых сборочных зазоров, что бы обеспечить достаточную полноту протекани  процесса взаимной диффузии между припоем и основным металлом . Растворение в припое основного металла в первые же минуты взаимодействи  приводит к насыщению тугоплавкими элементами, достаточному дл  изотермической кристаллизации шва. Поэтому выравнивание кон центраций и образование однородной структуры соединени  производ т, главньш образом, в твердой фазе путем длительного диффузионного отжига при высоких температурах. При толщине шва менее 0,05 мм врем  диф фузионного отжига 12-20 ч. При cGo942 рочных зазорах более 0,1 мм врем , , необходимое дл  выравнивани  химического и фазового состава шва при отжиге , вследствие малой скорости диффузии в твердой фазе настолько уве-. личиваетс , что процесс становитс  технологически неприемлемым.. Введение в некапилл рные зазоры 0,1-1 мм порошков чистых тугоплавких металлов или па емых сплавов при известных способах пайки композиционными припо ми 1 приводит k образованию столь неоднородной структуры, что гомогенизировать ее невозможно ни увеличением выдержки при пайке, -ни последующей термической обработкой. Неоднородность структуры некапшш рных па ных соединений резко снижает их механические свойс за, рсобенно структурно чувствительные, такие как сопротивление ползучести (жаропрочность) и ударна  в зкость. Так, например, длительна  прочность при 1000°С па ных соединений никелевых сплавов , вьшолненных композиционными припо ми, в 5-6 раз меньше прочности основного материала. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ пайки некапилл рных соединений, при котором в зазоре размещают смесь тугоплавкого и легкоплавк,ог6 йеталлических порошков, производ т нагрев до температуры вьш1е температу- ры. плавлени  легкоплавкой фракции порошковой смеси, но ниже температуры плавлени па емого материала, и производ т растворение тугоплавкой фракции в расплаве. Данный способ позвол ет получить однородный па ный шов при более низкой температуре пайки, чем при пайке цельнолитым припоем з . Недостатком способа  вл етс  отличие состава шва от основного материала , что приводит к снижению жаропрочности соединений. Цель изобретени  - повьш1ение жаропрочности соединений путем приближени  состава шва к составу па емого материала. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу пййки некапилл рных соединений, при котором в зазоре размещают смесь тугоплавкого и легкоплавкого металлических порошков, производ т нагрев до тем3 пературы выше температуры плавлени  материала легкоплавкой фракции, но ниже температуры плавлени  па емого материала и производ т растворение тугоплавкой фракции в расплаве, и качестве легкоплавкой фракции берут порошок, по химическому составу соо ветствуюпщй составу ликвата па емого материала, имеющего наименьшую температуру плавлени , а в качестве тугоплавкой фракции - порошок, соот ветствующий составу основной фазы твердого раствора па емого материала . Использование припо , содержащег в виде отдельных компонентов ликват и твердый раствор па емого металла позвол ет получить па ный шов, максимально родственный этому металлу по химическому составу и структуре В предлагаемом способе в качестве припо  используют сам па емый металл , пре:дварительнр разделенный на отдельные компоненты: ликват и твердый раствор. При этом целесообразно использовать ликват с наимень шей температурой плавлени , чтобы снизить температуру пайки и не допустить нежелательных структурных превращений в основном материале. Проведение пайки при температуре , обеспечивающей диффузионное взаимодействие компонентов припо  в твердожидком состо нии, позвол ет резко уменьшить врем , необходи мое дл  образовани  равновесной структуры, поскольку скорость диффузии в жидкой фазе (ликвате) на несколько пор дков вьш1е, чем при твердофазном взаимодействии. Как показала экспериментальна  проверка данного способа дл  пайки сплавов на никелевой основе, выдержка при температуре пайки 1520 мин достаточна дл  полного раст ворени  тугоплавкого компонента припо  (порошка твердого раствора па емого металла) в жидком легкоплавком компоненте (ликвата па емо го металла) и изотермической крист лизации па ного шва. Характерна  дл  па ных соединений зональна  неоднородность струк туры шва при этом полностью отсутс вует. Локальна  неоднородность, образовавша с  в па ном шве при кристаллизации в результате концен рационного и термического переох4 лаждени , устран етс  относительно непродолжительным (8-14 ч) гомогенизирующим отжигом. Полученна  в результате применени  данного способа однородна  лита  структура па ного щва в сочетании с широкими переходными зонами, имеющими. практический одинаковый химический состав и твердость с па емым материалом, обеспечивает высокие механические свойства па ного соединени , в .частности сопротивление высокотемпературной ползучести и ударную в зкость. Жаропрочность некапилл рных нахлесточных и тавровых соединений, полученных известными способами пайки, как правило, в несколько раз меньше жаропрочности па емого материала , что объ сн етс  суммарным вли нием концентрации напр жений в йестах перехода от одной детали к другой и неоднородностью структуры соединени , имеющего несколько зон, различных до составу и твердости: па емый металл, переходные зоны , зоны твердого раствора в шве и ликвационные прослойки. Предлагаемый способ позвол ет предельно вьфовн ть все структурные зоны некапилл рного па ного изготовл ют по составу и твердости, и тем самым исключить отрицательное вли ние зональной неоднородности на механические характеристики сое- динени . Жаропрочность па ных соединений, полученных данным способом , всего на 30-40% ниже, чем па ного металла, т.е. па ное соединение работает как монолитный металл , имеющий лишь конструктивный концентратор напр жений. Пример. Производ т пайку нахлесточных соединений из жаропрочного никелевого сплава ЭП648-ВИ, %: с 0,1; CV 34; Ti 1; AI IjW З-, Mo З; Fe 3,5, Si 0,4; Mn 0,5; Nb 1; В 0,03; Ni остальное. Толщина листовых образцов 1,5-1,8 мм, ширина шва 10 мм, длина нахлестки 3 мм. В соответствии с результатами химического и фазового анализа отливок из сплава ВХ4Л (литейного аналога сплава ЭП648) устанавливают составы наиболее легкоплавкого ликвата и наиболее тугоплавкой фазы твердого раствора па емого металла (табл. 1), Компоненты припо , соответствующие по составу табл 1, изготов т в виде порошков, смесь которых при соотношении 1:3 служит npj-тоем. Порошок припо  в виде пасты помещают в сборочные зазоры, величина которых зафиксирована в пределах 0,20 ,6 мм, Пайку производ т в камерной электропечи в среде аргона с добавкой трехфтористого бора при 1220-j , Выдержка при пайке ISIS мин. После пайки производ т гомо генизирующий отжиг соединений при , 14 ч. После пайки и термической обработки соединени  испытывают на длительную прочность при статическом раст жении на машине AIO-IA-S-I. Температура испытаний, ЮООЯс. Результаты испытаний представлены в табл. 2. Дл  сравнени  представлены данные по жаропрочности па емого металла (сплава ЭП648) и его па  ных соединений, выполненных жаропрочным композиционным припоем : ВПрЗ-20Н с такой же термообработкой Металлографическим анализом установлено , что па ные швы имеют одн родную литую структуру без ликвационных прослоек и крупных включений интерметаллидов. Изучение химического состава и микротвердости показало практически равномерное распределение злементов и твердости в сечении па ного соединени , Максимальные отклонени  средних кон центраций основных элементов в па ном шве 12%, а твердости- 18% по втно1пению к па емому металлу, П.р и м е р 2. Производ т пай94 ку стыковых соединений жаропрочного никелевого сплава ЭП99, %: С 0,1i Сг 19i Со 7;- Ti 1,3/ AI 3; W 7{ Мо 4; Fe 4, fn 0,4{ Si 0,5; В 0,05; Ni остальное. Диаметр образцов 5 мм, величина сборочного зазора 0,03-0,08 мм. В соответствии с результатами химического и фазового анализа специально сделанной отливкибыли установлены составы наиболее легкоплавкого ликвата и осйовной фазы твердого раствора сплава (табл. 3). Смесь порошковых компонентов припо  при соотношении 1:3 служит припоем . Пайку производ т в вакууме Па при .1190-1200 с. Вьщержка при пайке 15-20 мин. После пайки производ т гомогенизирующий отжиг соединении при 900°С 10 ч. Соединени  были испытаны на длительную прочность при статическом раст жении. Температура испытаний 95() С. Была достигнута 100-часова  длительна  прочность 35-38 Ш1а, па еь з1й сплав ЭП99 имеет соответственно 48-55 Ша. Па ные швы имеют однородную литую структуру без зональной ликвации и крупных включений интерметаллидов. Таким образом, предлагаемый способ пайки повьш1ает структурную однородность па ных соединений, механические свойства па ных соединений , особенно жаропрочность, в 2-2,5 раза производительность труда из-за сокращени  времени термической обработки после пайки. Таблица 1

1520

Ос- 30- 0,6 0,6 5-6 таль- 35

4-5

- 1,2

1000

Па емый металл

Па ные соединени , изготовленные;

1000

Предлагаемым способом

пайкой композиционным

1000 припоем ВПрЗ-20Н Ликват Основна  фаза твердого раствора 1560 Остальное Таблица 2

384

20 25 30 179 100

10069 8

100 8

0,5 Таблица 3 Остальное 0,8 3,8 8-9 3,5 1,6 22,4 10 0,5 Продолжение табл. 3

Claims (1)

1. СПОСОБ ПАЙКИ некапиллярных соединений, про котором в зазоре размещают смесь тугоплавкого и легкоплавкого металлических порошков, производят нагрев до температуры выше температуры плавления легкоплавкой фракции порошковой смеси, но ниже температуры плавления паяемого материала, и производят растворение тугоплавкой фракции в расплаве, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения жаропрочное-/ ти соединений путем приближения состава шва к составу паяемого материала, в качестве легкоплавкой фракции берут порошок, по химическому составу соответствующий составу ликвата -паяемого материала, имеющего наименьшую температуру плавления, а в качестве тугоплавкой фракции порошок, соответствующий составу основной фазы твердого раствора паяемого материала.

   >

   1 1118494 *