Способ контактно-реактивной пайки

Способ контактно-реактивной пайки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: пайка литейных жаропрочных никелевых сплавов, используемых при изготовлении узлов газотурбинных двигателей . Сущность изобретения: соединяемые поверхности и прокладку, помещаемую между ними, нагревают раздельно до температуры пайки перед сборкой, производят сборку, прикладывают усилие сжатия и выдерживают при температуре пайки. 2 ил., 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4787742/08 (22) 31.01.90 (46) 30.06.92. Бюл. ЬЬ 24 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им. адм. С.О.Макарова (72) В.Ф.Квасницкий, А.M.Êoñòèí, С.М,Самохин, B.Ã,Ìoëäàâñêèé, Н,А.Разумова и

Э.Л.Хандрос (53) 621.791.357 (088.8) (56) Патент Японии М 59-116350, кл. С 22 С 14/00, 16/00, 1984.

Лашко Н.Ф. и Лашко С.В. Пайка металлов. M. Машиностроение, 1977, с. 162-166.

Авторское свидетельство СССР

М 49212, кл, В 23 К 1/00, 1936.

Патент Японии N. 59-61583, кл. В 23 К 1/00, 20/00, 1984.

Изобретение относится к области пайки, преимущественно к способам пайки литейных жаропрочных никелевых сплавов, используемых при изготовлении узлов газо. турбинных двигателей (ГТД).

Известно применение припоев, содержащих цирконий, гафний, титан, никель и кобальт для соединения металлов между собой и металлов с.керамикой.

Паяные соединения никелевых сплавов в однородном сочетании, полученные этими припоями, характеризуются низкими пластичностью и жаропрочностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ диффузионной сварки, по которому между соединяемыми поверхностями помещают слой иэ металла, вступающего с никелем в контактно-реактивное плавление, прикладывают усилие сжатия и осуществляют нагрев до образования в контакте жидкой

„„. Ж „„1743745 А1 (54) СПОСОБ КОНТАКТНО-РЕАКТИВНОЙ

ПАЙКИ (57) Использование: пайка литейных жаропрочных никелевых сплавов, используемых при изготовлении узлов газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: соединяемые поверхности и прокладку, помещаемую между ними, нагревают раздельно до температуры пайки перед сборкой, производят сборку, прикладывают усилие сжатия и выдерживают при температуре пайки.

2 ил., 1 табл. фазы. В качестве материала, вступающего с никелем в контактное плавление, используют цирконий или его сплав с никелем и нагрев ведут до температур, превышающих температуру плавления цирконий-никеле- 4 вого сплава, но ниже температуры плавле- Дь ния никелевого сплава. (л)

Однако совмещенный нагрев.прокладки циркония и никелевого сплава не обеспе- ф чивает пластичных и жаропрочных соединений. Это объясняется присутствием интерметаллидов, образующихся в паяном шве при контактно-реактивном плавлении и затрудняющих удаление жидкой фазы из стыка при сжатии. Длительная прочность паяных соединений литейных никелевых сплавов при 900 С имеет низкую стабильность результатов. Среднее значение 100часовой прочности соединений не превышает 90% прочности основного материала. Это не удовлетворяет требованиям, 1743745 предьявляемым к соединениям высокотемпературных узлов ГТД.

Целью изобретения является повышение жаропрочности паяных соединений в системах с интерметаллидами, Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе нагрев соединяемых поверхностей и прокладки до температуры пайки осуществляют до сборки раздельно.

Регистрацию характера выделения теплоты в процессе пайки для заявляемого способа и прототипа проводили методом термического дифференциального анализа на установке ВДТА-SM3. Полученные термограммы приведены на фиг.2 (q> — способпрототип; q2 — предлагаемый способ).

Выделяющееся тепло пропорционально площади под кривой термограммы. При этом q > = qz (фиг.2).

Для уяснения сути изобретения, рассмотрим механизмы формирования паяных соединений по заявляемому способу и способу-прототипу (схема нагрева образцов представлена на фиг.1, а — способ-прототип, б — предлагаемый способ), При пайке по способу-прототипу припой формируется начиная с температуры

961ОС и по мере повышения температуры претерпевает значительные изменения фазового и химического состава, При этом в интервале температур 960 — 1170 С выделяется значительное количество тепла, которое обусловливает экзотермический эффект реакции контактного плавления. Так как скорость нагрева образцов в процессе пайки по сравнению со скоростью контактного плавления достаточно мала, то выделяюще,еся дополнительное тепло равномерно распределяется по всему объему образцов и не оказывает существенного влияния на формирование соединения. Процессы фазообразования носят равновесный.характер, в связи с чем фазовый состав металла шва сплава ЧС70ВИ при температуре пайки

1200 С соответствует диаграммному и представляет собой твердый раствор никеля и некоторое количество интерметаллидов на основе фазы NigZr. Присутствие интерметаллидов в стыке препятствует полному удалению жидкой фазы (припоя) при сжатии, что способствует снижению пластичности и длительной прочности паяных соединений по сравнению с основным материалом.

При пайке по заявляемому способу соединяемые детали и прокладки циркония нагреваются вплоть до температуры пайки (Тп- 1150 С) в разведенном состоянии. При такой схеме нагрева припой начинает формироваться лишь в момент соприкосновения деталей с прокладкой, т.е. не при 961 С, а при 1150 С. Поскольку эффект экзотермической реакции зависит от свойств взаимо5 действующих материалов, то и вэтом случае выделяется то же количество теплоты, что и при пайке по способу-прототипу. Однако момент его выделения мы сознательно сме10

0 щаем в сторону температуры 1150 С. В этом случает тепло экзотермической реакции выделяется за значительно более короткий промежуток времени и с гораздо большей интенсивностью, что обеспечивает локальный перегрев в зоне соединения, Таким образом, схема пайки заявляемого способа существенно отличается от известного и соответствует критерию изобретения "новизна".

20 . Расчетная оценка и экспериментальная проверка данных показывает, что температура стыка в момент приведения во взаимодействие прокладки и основного металла повышается по сравнению с общей температурой на десятки и сотни градусов, 8 этих условиях процесс формирования носит неравновесный характер, когда подавляется образование промежуточных соединений типа NiZrz, NiZr, NivZr2 и др., а наиболее устойчивое интерметаллидное соединение типа МКЕг успевает раствориться в никелевой матрице соединяемого сплава. Это способствует формированию зоны соединения

З5 без интерметаллидных составляющих со структурой и свойствами на уровне основного материала.

Таким образом, применение заявляемого способа позволяет за счет мгновенного

40 выделения тепла при взаимодействии предварительно разогретых основного металла и прокладки использовать дополнительный естественный источник нагрева эоны соединения, т.е. полезно использовать экзотермический эффект контактного плавления в металлических системах с интерметаллидами. Это дает воэможность осуществлять пайку при температурах более низких, чем у известного способа, и предотвращать разупрочнение основного металла. Это подтверждают результаты механических испытаний, Использование Ь Т-эффекта контакт55 ного плавления в других областях также не обнаружено. Это позволяет сделать вывод о наличии критерия изобретения "существенные отличия".

Предложенный способ можно использовать для соединения металлических систем, образующих между собой интерметаллидные соединения с выделением достаточно большого количества тепло1743745.

Юрокладю ты. Это обеспечивает повышение ресурса работы различных агрегатов, в частности

ГТД.

Примеры конкретного выполнения.

Механические характеристики соединений определяли на образцах литейного никелевого сплава ЧС70ВИ, паяных в вакууме

10 Ila в течение 5мин,,при давлении сжатия 10 МПа, Температура пайки для заявляемого способа составила .1150 С, для способа-прототипа — 1200 С.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример. В первом случае пайку ведут через прокладку циркония и нагрев осуществляют по схеме прототипа, т,е. прокладка и образцы совмещены, Механические испытания паяных срединений показали, что при 900 С и нагрузке

250 МПа, время до разрушения образцов составляло 48-140 ч. Разрушение происхо.дило по припою.

В случае нагрева по заявляемому способу время до разрушения при тех же параметрах испытания составило 110-172 ч.

Разрушение происходило по основному металлу.

Формула изобретения

Способ контактно-реактивной пайки, при котором между соединяемыми поверхностями размещают прокладку, прикладывают усилие сжатия и производят

15 изотермическую выдержку при температуре пайки, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности паяных соединений в системах с интерметаллидами. нагрев соединяемых поверхностей и

20 прокладки до температуры пайки осуществляют до сборки раздельно, 1743745

Составитель А. Костин

Редактор Т.Пилипенко . Техред М.Моргентал . Корректор Э.Лончакова

Заказ 2151 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

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