SU1581527A1 - Наполнитель дл некапилл рных па льных зазоров при автовакуумной пайке стали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к пайке, в частности к составу наполнител , заполн ющего некапилл рный зазор при автовакуумной пайке стали. Цель изобретени  - получение равнопрочного па ного соединени  при пайке среднеуглеродистых сталей и повышение стабильности распределени  наполнител  по всему сечению шва. Наполнитель имеет следующий состав, мас.%: никель 21...25

углерод 0,02...0,15

кислород 0,01...0,06

кремний 0,02...0,5

марганец 0,1...0,5

железо - остальное. Наполнитель изготавл етс  распылением расплава чистым азотом с размером частиц 0,16-0,4 мм, он используетс  при пайке стали 45 с зазором под пайку 2 мм с припоем системы медь- марганец при температуре 1000°С и выдержке 60 мин. После пайки образцы термообрабатываютс . Прочность па ного соединени  составл ет 570 МПа, а ударна  в зкость 55 Дж/см 2. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к пайке, в частности к составу наполнител , используемого дл  заполнени  некапилл рных па льных зазоров при автовакуум- - ной пайке стали.

Цель изобретени  - получение равнопрочного па ного соединени  при пайке среднеуглеродистых сталей и повышение стабильности распределени  наполнител  по всему сечению шва.

Наполнитель имеет следующий состав , мас.%:

Никель 21-25

Углерод 0,02-0,15

Кислород 0,01-0,06

Кремний 0,02-0,5

Марганец 0,1-0,5

Железо Остальное

Никель, наход щийс  в сплаве на основе железа, раствор етс  в припое менее активно. Поэтому на стадии заполнени  зазора с наполнителем припой несущественно измен ет свой состав . При изотермической выдержке ч наполнител  в расплаве припо  на медной основе медь из расплава диффундирует в частицу наполнител . Размер атома меди имеет значительно больше размеров атомов железа, никел , поэтому в частицах наполнител  образуетс  поверхностный слой со значительно искаженной решеткой. Кроме того, диффузи  меди повышает скорость диффузии вакансий. Поверхность частицы  в-, л етс  безграничным источником .вакансий . Ваканси  в решетке сплава создаЭ

ет искажение с увеличением размера ее параметров. В результате в поверхностном слое создаетс  напр женное состо ние вследствие увеличени  его объе- ма. Медь активно диффундирует и по границам зерен. В сферической частице на границе зерен возникают раст ги вгющие напр жени , что в свою очередь способствует вследствие эффекта Ребиндера проникновению меди в глубь частицы. Частицы диспергируютс  на отдельные зерна и блоки, Образовавшиес  мелкодисперсные частицы насыщаютс  элементами расплава и достигают равновесного состава. Диффузионные процессы и массоперенос в жидкой фазе привод т к сфероидизации мелкодисперсных частиц. Таким образом, частицы наполнител  с размером 0,2-0,5 мм преобразуютс  в частицы размером 5-20 мкм. В результате формируетс  металл шва, состо щий из легированной железом и никелем матрицы, армированной мелкодисперсными сфероидами наполнител . Така  структура обеспечивает высокую прочность и пластичность металла шва по всему сечению.

Содержание компонентов наполнител  обусловлено следующим.

Дл  вакуумной пайки стали примен ютс  припой системы медь-цинк и медь-марганец, температура пайки выбираетс  в пределах 960-1000°С. При пайке в матрице припо  раствор етс  9-11% никел . Дл  этого в наполните- ле его содержание должно быть 21-25% Увеличение его содержани  не измен ет механических свойств соединени  и экономически нецелесообразно, сниже- ние приводит к уменьшению прочности матрицы шва.

Содержание углерода оказывает значительное вли ние на процесс диспер- гации наполнител . Скорость диффузии меди, определ ющей диспергацию, максимальна в безуглеродистом железони- келевом сплаве. С повышением содержани  углерода скорость диффузии меди уменьшаетс , а следовательно, уменьшаетс  и скорость диспергации. При содержании углерода 0,15-0,2% скорость диспергации наполнител  уменьшаетс  почти вдвое по сравнению с наполнителем, содержащим 0,02- 0,05% углерода. Это требует двукрат- ного увеличени  времени пайки. Однако вывести углерод из состава наполнител  нельз (так как углерод  вл ет

, щ 15 0 5

5

0

0

5

0

с  активным раскислителем на стадии узготовлени  наполнител  с применением распылени  расплава азотом, а также восстановителем окисной пленки на поверхности частиц на стадии нагрева в па льном зазоре до температуры пайки . Окисна  пленка образуетс  на частицах при хранении наполнител  в атмосферных услови х и при взаимодействии с адсорбированными газами в па льном зазоре при нагреве. Толщина окисной пленки на железсникелевом сплаве может достигать 100-200 А . Дл  ее восстановлени  достаточно содержани  углерода в наполнителе 0,02%. Повышение содержани  углерода более 0,15% недопустимо ввиду снижени  скорости диспергации. Содержание углерода в пределах 0,02-0,15% стабильно обеспечиваетс  при изготовлении порошка распылением в промышленных услови х .

Определ ющим качество па ного соединени   вл етс  содержание кислорода в составе наполнител . В порошке из железоникелевого сплава кислород находитс  в основном в окисной пленке на поверхности частиц. При наличии углерода в составе сплава происходит восстановление окислов с образованием газообразных СО и COj., которые непре-1 рывно отвод тс  при автовакуумной пайке из зоны реакции за счет их поглощени  сорбентом. При значительном содержании кислорода, т.е. при значительной окисленности порошка, весь углерод может быть реализован раньше завершени  реакции восстановлени . Дл  ее завершени  необходимо соблюдение соотношени  реагентов С/О 0,75. Однако восстановление в зазоре не- эффективно, так как газы СО и С0г из лабиринтов, образованных частицами порошка, откачиваютс  медленно. Это обусловливает неполное восстановление . окислов и пористость металла шва. Поэтому содержание кислорода в порошке необходимо ограничивать на стадии его изготовлени . Верхний предел содержани  кислорода составл ет 0,06%; при его увеличении снижаютс  механические свойства соединени . Снижение содержани  кислорода 10,01% целесообразно , однако технологически трудно выполнимо.

Кремний в наполнителе имеет противоречивое вли ние на свойства соединени . С одной стор ой, располага сь

51

преимущественно на границах зерен частиц наполнител , он увеличивает их неоднородность и способствует ускорению диспергации. С другой стороны , располага сь на границах зерен кристаллизующейс  матрицы шва, он снижает ее прочность. Содержание кремни  в пределах 0,02-0,5% обусловливаетс  как механическими свойствами металла шва, так и технологическими требовани ми при изготовлении порошка. В пределах до 0,5% он выполн ет роль активного раскислител  расплава перед его распылением. Снижение кремни  ,02% уменьшает скорость диспергации.

Введение марганца в наполнитель обусловлено двум  обсто тельствами.Основным дл  автовакуумной пайки стали  вл етс  припой системы медь-марганец . Введение марганца в наполнитель уменьшает скорость растворени  его частиц на стадии заполнени  зазора ,припоем, что способствует формированию швов больших размеров. Кроме тог марганец  вл етс  необходимым элементом - раскислителем на стадии выплавки сплава. Верхний предел содержани  марганца определ етс  его вли нием н скорость диспергации частиц наполнител  (марганец снижает ее), поэтому установлен равным 0,5%. При содержании 0,1% марганец не снижает ско- .рость растворени  наполнител .

Наполнитель изготавливаетс  распылением расплава чистым азотом. Частицы имеют сферическую форму с блест щей металлической поверхностью,- Дл  автовакуумной пайки стали примен етс порошок гранул ции 0,16-0,4 мм.

Испытание наполнител  в лабораторных услови х при пайке стали Д5 припоем медь-марганец: зазор размером 2 мм заполн ют наполнителем, к зазор присоедин ют питатель с припоем и сорбционный насос с металлическим ге ером; после соответствующих технологических операций (проверка герметич -ности сварных швов, удаление из зазо

ра инертных газов, заполнение полости питател  газов и др.) технологичес- кие отверсти  герметизируют и образцы нагревают в печи до 1000 С, выдерживают 60 мин; после пайки образцы термообрабатывают разрезают и подвергают испытани м на раст жение и ударную в зкость.

В таблице даны примеры выполнени  наполнител  и результаты испытаний па ных соединений.

Как видно из данных таблицы, оптимальным  вл етс  наполнитель, содер- 5 жащий, мас.%: никель 22; углерод 0,03; tкислород 0,02; кремний 0,04; марганец 0,03; железо - остальное (вредные примеси - не более 0,03 каждой). ,

Газовыделение такого наполнител  при нагреве до 1000°С в вакууме 0,007 см/г.

Таким образом, применение наполнител , изготавливаемого методом распылени  расплава азотом, позвол ет получать ст.абильные высокие механические свойства па ных соединений конструкционных сталей.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Наполнитель дл  некапилл рных па льных зазоров при автовакуумной пай- ке стали, состо щий из гранул никел , высокоуглеродистой и низкоуглеродистой стали, содержащей углерод, кремний , Марганец, кислород, железо, отличающийс  тем, что, с целью получени  равнопрочного па ного соединени  при пайке среднеуглеродис- тых сталей и повышени  стабильности распределени  наполнител  по всему сечению шва, он содержит компоненты в виде.сплава в следующем соотношении, мас.%:

   Никель 21-25

   Углерод 0,02-0,15

   Кремний 0,02-0,5

   Марганец 0,1-0,5

   Кислород 0,01-0,06

   Железо Остальное

   Заказ 2926

   Тираж 645

   Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101