SU1765228A1

SU1765228A1 - Copper-base alloy

Info

Publication number: SU1765228A1
Application number: SU904892365A
Authority: SU
Inventors: Александра Васильевна Щербединская; Иван Федорович Пружинин; Людмила Александровна Ерофеева; Инна Ивановна Ильина; Анатолий Михайлович Чувилин; Михаил Васильевич Махоткин; Борис Михайлович Горнаков; Сирожиддин Хурамович Махмудов; Тохир Узакович Саттаров
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Сплав предназначен дл пайки соединений твердый сплав - сталь. Сплав содержит , мас.%: никель - 1..0; кремний - 1,2-2,0; железо - 0,1-0,7; кобальт - 0,1-0,5; фосфор-0.001-0,1; медь-остальное. Свойства сплава следующие: гср - 232-296 МПа, интервал плавлени : Ts 1010-1020&deg;C, TL- 1040-1050&deg;С. 2 табл.The alloy is designed for soldering compounds hard alloy - steel. The alloy contains, in wt.%: Nickel - 1..0; silicon - 1.2-2.0; iron - 0.1-0.7; cobalt - 0.1-0.5; phosphorus 0.001-0.1; copper is the rest. The properties of the alloy are the following: gsr - 232-296 MPa, melting range: Ts 1010-1020 ° C, TL-1040-1050 ° C. 2 tab.

Description

Изобретение относитс к области металлургии , в частности к сплаву на оснЬве меди, используемому в качестве припо дл пайки твердосплавного инструмента, например при производстве буровых коронок дл горнорудной техники.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to an alloy on the basis of copper, used as a braze for soldering carbide tools, for example, in the manufacture of drill bits for mining equipment.

Большинство видов инструмента состоит из стального корпуса, к которому с помощью пайки крепитс пластина твердого сплава. Пайка разнородных материалов, резко различающихс по химическому составу и физико-механическим свойствам, вызывает определенные трудности, св занные , в первую очередь, с существенным различием термических коэффициентов линейного расширени (ТКЛР). Учитыва , что ТКЛР сталей в 2-3 раза превышает ТКЛР твердых сплавов, величина возникающих напр жений в твердом сплаве достаточно высока и может быть причиной образовани трещин в пластинах твердого сплава и их отрыва от стального корпуса при воздействии внешних эксплуатационных нагрузок. Обоснованный выбор припо дл пайки твердосплавного инструмента снижает уровень внутренних напр жений, повышает работоспособность инструмента.Most types of tools consist of a steel case to which a plate of cemented carbide is attached by soldering. The soldering of dissimilar materials, which differ sharply in chemical composition and physicomechanical properties, causes certain difficulties, primarily due to the substantial difference in thermal coefficients of linear expansion (TCLE). Taking into account that the thermal expansion coefficient of steels is 2–3 times higher than that of hard alloys, the magnitude of the stresses in the hard alloy is quite high and can cause cracks in the hard alloy plates and their separation from the steel body when exposed to external operating loads. A reasonable choice of solder for soldering carbide tools reduces the level of internal stresses, increases the efficiency of the tool.

Известен сплав на медно-никелевой основе , легированный никелем, кобальтом и марганцем (ЛНКоМц 49-9-0,2-0,2).Known alloy on a copper-nickel base, alloyed with nickel, cobalt and manganese (LNoMc 49-9-0.2-0.2).

Этот сплав используют в качестве припо при пайке твердого сплава ВК 15 со сталью марки 18х2Н4МА при 980-1000°С при изготовлении буровых коронок.This alloy is used as solder for soldering VK 15 hard alloy with steel grade 18x2H4MA at 980-1000 ° C in the manufacture of drill bits.

К недостаткам сплавов системы Cu-Zn, используемых в качестве припоев, следует отнести сильное испарение цинка при температуре пайки и образование окислов цинка .The disadvantages of alloys of the Cu-Zn system used as solders should be attributed to the strong evaporation of zinc at the temperature of soldering and the formation of zinc oxides.

При переходе на механизированную печную пайку в восстановительной атмосфере , в частности в эндогазе, из-за испарени цинка происходит быстрый выход из стро печей дл пайки и ухудшение экологических условий производства. Кроме того, применение латуней в качестве припоев в восстановительной среде не рекомендуетс из-за склонности их при нагреве заметно поглощать водород, вызывающий их охруп- чивание.When switching to a mechanized furnace brazing in a reducing atmosphere, in particular in the endogas, due to evaporation of zinc, a quick exit from the furnace for soldering and deterioration of the environmental conditions of production occur. In addition, the use of brass as a solder in a reducing environment is not recommended because of their tendency to significantly absorb hydrogen during heating, which causes their embrittlement.

слcl

сwith

VJVj

ОABOUT

слcl

ю юyu yu

0000

В св зи с изложенным дл пайки бурового инструмента в восстановительной атмосфере необходимо применение бесцинкового припо , при этом его температура плавлени не должна превышать температуру плавлени меди, а прочность па ных Соединений твердый сплав-сталь должна быть ие ниже, чем с припоем ЛНКоМц 49-9-0,2-0,2.In connection with the above, soldering a drilling tool in a reducing atmosphere requires the use of a zinc-free solder, its melting point should not exceed the copper melting point, and the strength of the solder joints hard alloy-steel should be lower than with solder LNKoMts 49-9 -0.2-0.2.

Наиболее близким к за вл емому спла- ву вл етс сплав состава, мас.%: никель0,05-3,0The closest to the claimed alloy is an alloy of composition, wt.%: Nickel 0.05-3.0

кремний0,01-1,0silicon0.01-1.0

железо0,01-3,0iron 0,01-3,0

фосфор 0,01-3,0phosphorus 0.01-3.0

медьостальноеcopper rest

Известный сплав не обеспечивает достаточно высокую механическую прочность па ного соединени . Кроме того, температура плавлени сплава превышает температуру плавлени меди, что недопустимо при печной пайке инструмента.The known alloy does not provide a sufficiently high mechanical strength of the solder joint. In addition, the melting point of the alloy exceeds the melting point of copper, which is unacceptable during furnace brazing of the tool.

Целью изобретени вл етс снижение температуры плавлени сплава и повышение механической прочности па ного сое- динени .The aim of the invention is to reduce the melting point of the alloy and increase the mechanical strength of the solder joint.

Дл достижени поставленной цели разработан сплав на основе меди преимущественно дл пайки соединений твердый сплав-сталь, содержащий никель, кремний, железо и фосфор, в котором согласно изобретению , он дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов , мас.%:To achieve this goal, a copper-based alloy has been developed primarily for soldering hard alloy-steel compounds containing nickel, silicon, iron and phosphorus, in which, according to the invention, it additionally contains cobalt in the following ratio, wt.%:

никель1,0-2.0nickel1.0-2.0

кремний1,2-2silicon 1,2-2

железо0,1-0,7iron0,1-0,7

кобальт0,1-0,5cobalt 0.1-0.5

фосфор. 0,001-0,1phosphorus. 0.001-0.1

медьостальное copper rest

Высокое качество па ного соединени твердый сплав-сталь достигаетс при использовании разработанного сплава за счет введени кобальта и выбора соотношени остальных элементов.The high quality of the solder-steel solder joint is achieved by using the developed alloy by introducing cobalt and choosing the ratio of the remaining elements.

Учитыва , что твердый сплав представл ет смесь карбида вольфрама с кобальтовой св зкой, присутствие кобальта в припое улучшает смачивание твердого сплава и уменьшает толщину промежуточной прослойки CoSi2, так как снижаетс градиент концентрации кобальгга на границе. Выбранные пределы содержани элементов обеспечивают температуру плавлени сплава ниже температуры плавлени меди , высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах, высокую механическую прочность па ного соединени .Considering that the hard alloy is a mixture of tungsten carbide with a cobalt binder, the presence of cobalt in the solder improves wetting of the hard alloy and reduces the thickness of the intermediate CoSi2 interlayer, as the cobalt concentration gradient at the boundary decreases. The selected limits for the content of elements provide the melting point of the alloy below the melting point of copper, high mechanical properties at room and elevated temperatures, and high mechanical strength of the solder joint.

По совокупности свойств сплав превосходит известный сплав.The combination of properties of the alloy exceeds the known alloy.

Никель повышает механическую прочность и темпера туру плавлени меди. При содержании NI выше 2% температура сплава значительно повышаетс по сравнению с температурой плавлени меди.Nickel increases the mechanical strength and melting temperature of copper. When the NI content is above 2%, the temperature of the alloy rises significantly compared to the melting point of copper.

При содержании никел меньше 1% увеличение прочности незначительно. Введение кремни приводит не только к повышению прочности, но и снижает температуру плавлени меди. Однако повышенное содержание кремни (2 %) приводит к образованию интерметаллиднсй прослойки со стороны твердого сплава CoSla. При содержании кремни менее 1,2% температура сплава превышает температуру плавлени меди.When the nickel content is less than 1%, the increase in strength is insignificant. The introduction of silicon not only leads to an increase in strength, but also reduces the melting point of copper. However, an elevated silicon content (2%) leads to the formation of an intermetallic interlayer on the side of the hard CoSla alloy. When the silicon content is less than 1.2%, the alloy temperature exceeds the melting point of copper.

Введение кобальта до 0,5% приводит к улучшению смачивающей способности сплава по поверхности твердого сплава с кобальтовой св зкой. При содержании кобальта менее 0,1 % смачивание снижаетс .The introduction of cobalt to 0.5% leads to an improvement in the wetting ability of the alloy over the surface of a hard alloy with a cobalt bond. When the cobalt content is less than 0.1%, the wetting is reduced.

Выше 0,5% Со повышаетс температура плавлени сплава. Присутствие железа в медном сплаве приводит к измельчению зерна и повышению механической прочности сплава, уменьшению растворени поверхности стальной детали в расплаве при пайке и улучшению качества па ного соединени .Above 0.5% Co, the melting point of the alloy rises. The presence of iron in the copper alloy leads to the grinding of grain and an increase in the mechanical strength of the alloy, a decrease in the dissolution of the surface of the steel part in the melt during brazing and an improvement in the quality of the solder joint.

При содержании железа менее 0,1 % измельчени зерна не наблюдали. Введение железа выше 0,7% нежелательно, так как растет температура плавлени сплава.When the iron content was less than 0.1%, no grinding of the grain was observed. The introduction of iron above 0.7% is undesirable, since the melting point of the alloy increases.

Фосфор в медном сплаве оказывает заметное вли ние на смачивание им поверх- ности основных металлов: твердого сплава и стали. При содержании его в пределах от 0,001 до 0,1% происходит улучшение смачивающей способности сплава, что позвол ет проводить пайку при меньшем перегреве припо . Если количество фосфора менее 0,001%, этот эффект не про вл етс . При содержании фосфора более 0,1% ухудшаютс технологические свойства сплава при обработке давлением в гор чем состо нии .Phosphorus in a copper alloy has a noticeable effect on the wetting of the surface of the base metals: hard alloy and steel. When its content is in the range from 0.001 to 0.1%, the wetting ability of the alloy is improved, which allows soldering with less overheating of the solder. If the amount of phosphorus is less than 0.001%, this effect does not appear. When the phosphorus content is more than 0.1%, the technological properties of the alloy are impaired during pressure treatment in the hot state.

В табл. 1 приведены температура плавлени сплавов и механическа прочность на срез па ных соединений твердый сплав- сталь, выполненных с использованием разработанного сплава и известного сплава. Дл сравнени приведены значени предела прочности на срез па ных образцов, выполненных медью, латунью ЛНКоМц 49-9-0,2-0.2.In tab. Table 1 shows the melting point of the alloys and the mechanical shear strength of the paired joints of the hard alloy – steel made using the developed alloy and the known alloy. For comparison, the values of shear strength of paired specimens made of copper, brass LNKoMts 49-9-0.2-0.2 are given.

Из табл. 1 видно, что максимальна прочность на срез получена на па ных образцах , выполненных разработанным сплавом .From tab. Figure 1 shows that the maximum shear strength was obtained on paired specimens made by the developed alloy.

Учитыва , что твердосплавный инструмент в процессе эксплуатации может разогреватьс до температур 400-600°С, были проведены испытани механической прочности при повышенных температурах . Результаты испытаний дл сплава, содержащего в мас.%: NI -1,5: SI - 1,5; Fe - 0,5; Р - 0,05; Си - остальное, приведены в табл. 2.Considering that the carbide tool during operation can be heated to temperatures of 400-600 ° C, mechanical strength tests have been carried out at elevated temperatures. The test results for the alloy containing in wt.%: NI -1,5: SI - 1.5; Fe - 0.5; P - 0.05; C - the rest is given in table. 2

Как видно из табл. 2 прочность на разрыв у сплава при повышенных температурах значительно превышает прочность латуней, в частности ЛНКоМц 49-9-0,2-0,2 (при 500°С МПа, 600°С - 80 МПа).As can be seen from the table. 2 tensile strength of the alloy at elevated temperatures significantly exceeds the strength of brass, in particular, LNKoMts 49-9-0.2-0.2 (at 500 ° C MPa, 600 ° C - 80 MPa).

Сплав имеет температурный интервал плавлений 1010-1050°С, что позвол ет проводить пайку твердосплавного инструмента как с нагревом токами высокой частоты, так и в печдх сопротивлени в восстановительной атмосфере при температурах 1100- 1150°С.The alloy has a melting range of 1010-1050 ° C, which allows brazing of the carbide tool both with heating by high-frequency currents and in resistance in a reducing atmosphere at temperatures of 1100-150 ° C.

Сплав в качестве припо хорошо смачивает поверхности стали и твердого сплава, обеспечива требуемую механическую прочность па ного соединени . По совокупности свойств новый сплавThe alloy as a solder well wets the surfaces of steel and cemented carbide, providing the required mechanical strength of the solder joint. On the basis of the properties of the new alloy

удовлетвор ет требовани м, предъ вл емым к припо м дл пайки твердосплавного инструмента.satisfies the requirements for solders for brazing carbide tools.

Claims

Claim Alloy Based on Copper is predominantly for brazing compounds hard alloy — steel containing nickel, silicon, iron and phosphorus, characterized in that, in order to lower the melting temperature of the alloy and increase the mechanical strength of the brazing compound, it additionally contains cobalt with the following ratio of components, wt.%:

nickel1.0-2.0

silicon 1.2-2.0

iron0,1-0,7

cobalt0.1-0.5

phosphorus 0.001-0.1

copper rest

Table 1