Способ пайки элементов из разнородных металлов
Иллюстрации
Реферат
(72) Автор изобретения
В. В. Крафт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПАЙКИ ЭЛЕМЕНТОВ
ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
Изобретение относится к пайке, в частности к способам пайки разнородных металлов и.может быть использовано в технике машино- и приборостроения.
Известен способ соединения разнородных металлов, при котором на более твердом ме5 талле выполняют рельеф, собирают детали и производят эапрессовку более мягкого материала, заполняя им рельеф твердого металла (Ц.
Однако известный способ эффективен при телескопических соединениях элементов.
19
При торцовом соединении получаемая композиция имеет низкую прочность и надежность.
Известен способ пайки элементов из разнородных металлов, при котором на одном из
15 элементов выполняют рельеф, размещают в зазоре припой и производят нагрев под пайку с приложением давления Р1.
Способ позволяет строго фиксировать паяльный зазор, уменьшает усадочную пористость и улучшает работу соединения на срез.
Величина прикладываемого давления в известном способе пайки лежит ниже пределов текучести соединяемых металлов. Вследствие
2 этого прн наличии наиболее надежного телескопического типа сная (см. фиг. 1, а) находящийся в паяемом зазоре припой 2 в процессе кристаллизации не будет испытывать давление со стороны обоих соединяемых металлов 1 и 3, что должно привести к развитию усадочных явлений в зоне сплавления. В зонах сная отсутствие контактного давления со сторонъ соединяемых металлов в случае, когда последние имеют существенно отличающиеся между собой коэффициенты термического расширения, может вызвать разрушение соединения. При наличии чисто торцового типа сная (см. фиг.1,6) для деформации скелета as выделяющихся при эатвердеванни припоя первичных кристаллов и получения плотной зоны сплавления прикладываемое давление может быть ниже величины пределов текучести соединяемых металлов, однако сам торцовой спай в случае соединения металлов, имеющих заметно отличающиеся между собой характеристики термического расширения, чаще всего неприемлем.
Иель изобретения — повышение качества и нацежности соединений разнородных металлов.
716748
Давление прессования, кг/ммз
Предел прочности на срез, кг/мм
Остаточная деформация стали
1,3
4,5
13
4,4
4,8
20.Поставленная цель достнгаетс, тем, что рель. еф выполняют на более тверДом метаЛле. после, сборки и укладки припоя в зазор осуществляют деформирование элемента из мягкого
"материала до обеспечения физического контакта по всей площади рельефа, а при йайке и последующей кристаллизации припоя пройзводят деформирование обоих соединяемых элементов;
Выполнение на поверхности более твердого металла рельефа необходимо прежде всего для обеспеченйя взаимного контактного давления между кристаллиэующимся припоем и соединяемыми металлами. Это, с одной стороны, предотвращает развитие усадочных явлений в зоне сплавления, а с другой, — способствует лучшему смачиванию поверхностей соединяемых металлов, так как предотвращает возможность образования поверхностных окисных пленок.
Выполняемый рельеф может иметь форму концентрических канавок, цилиндрических утлублений и т,д. В данном случае будет иметь место сложный тип сная (см. фиг. 1, в), вклю-, чающий в себя элементы торцового и телескопического типов. Это позволит получить качественное соединение по торцу между металлами, .суи1ествейно отлйчающимися между собой величиной коэффициента термического расширения.
Физический контакт между соединяемыми металлами необходим для процесса взаимной диффузии, При наличии на поверхности одного иэ соединяемых металлов рельефа этот контакт "может быть получен с помощью запрессовки. Для этого требуется, чтобы прессуемый металл обладал достаточной пластичйостью при комнатной температуре (или температуре, при которой можно пренебречь поверхностным окис леонтием .соединяемых металлов). При запрессовке уменьшается также возможность окисления поверхностей соединяемых металлов -при их нагреве под пайку.
Передачу давления соединяемым металлам в процессе пайки проще всего осуществить с
Ъ
Для соединения сталь 10 — Мгl давление прессования при пайке должно составлять не менее 10 кг/мм . Дальнейшее повышенйе давления нецелесообразно, поскольку оно вызывайомощью пресса (давление прессования), При этом обеспечивается необходимое постоянство величины контактного давления между соединяемыми металлами и припоем, В процессе пайки излишки и остатки окисных пленок выдавливаются из зоны соединения. Следует отметить, что кристаллизация припоя в закрытых полостях под давлением порядка десятков тысяч атмосфер может заметно изменить его фазовый состав. Таким образом, появляется новый фактор управления механическими свойствами паяного шва, поскольку возникает воэможность замены хрупких интерметаллидов в зоне сплавления на более пластичные фазы.
Выполнение рельефа, создание физического контакта и приложение давления, обеспечивающего пластическую деформацию соединяемых металлов, позволяют получить плотное (бездефектное) паяное соединение, П р н м е р. Предлагаемым способом было получено паяное соединение между магнием и сталью. Испольэовали литой магний марки
MrI и стали марок 10 и XISHIOT. Были получены соединения диаметром до 100 мм. На
25, подлежавшую соединению сталь поверх рельефа гальваническим способом осаждали покрытие цинка толщиной 10 — 30 мкм. Температура пайки соединения магний — сталь (c цинковым покрытием) составляла 380 — 440 С, величина
30 прикладываемого давления прессования—
10 — 20 кг/мм . Интервалы температур пайки и величин прикладываемого давления определяли экспериментально. При этом минимальная температура пайки связана с эвтектической темпе3s ратурой системы магний — цинк (343 С), а максимальная температура определяется стойкостью магния к окислению при нагреве на воздухе, Интервал. величин давления был установлен по результатам испытаний на механи40 ческую прочность паяных образцов, Эти результаты для соединения сталь 10 — Мгl приведены в таблице (температура пайки 420 ) ..
S5 ет лишь дополнительную деформацию стали без увеличения механической прочности соединения.
Для соединения сталь Х18Н10Т вЂ” Mrl давление ,прессования, необходимое для достижения цре6748
ЦНИИПИ Заказ 9715/12 Тираж 1160,.Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород ул. Проектная, 4
5 71 дельной механической прочности, возрастает;
„достигая 20 кг/мм .
Пример 2. Соединение сталь 10 — алюминий было получено аналогичным способом.
Температура пайки выбиралась исходя из эвте- ктической температуры системы алюмнний — цинк и составляла 420 — 440 С, Величина давления прессования при пайке была в 2 раза больше, чем при получении соединения сталь 10— магний, и составляла около 20 кг/мм .
Проведенные эксперименты показали, что- для получения качественного паяного соедин-т ния важно, чтобы в процессе пластического те. чения магния и алюминия происходила одновременно достаточная пластическая деформация стали в области соединения. Величина остаточной деформации стали должна при этом составлять не менее 7 — 10%. Более высокое давление нрессования при пайке пары алюминий — сталь 10 связано с меньшей пластичностью алюминия и, как следствие, с Меньшим давлением послед- него на внутреннюю поверхность стальной детали; в результате этого необходимый уровень пластической деформации стали достигается при
1 давлениях в 2 раза больших, чем для парьг магний — сталь 10.
Формула изобретения
Способ пайки элементов из разнородных металлов, при котором на одном из элементов выполняют рельеф, размещают в зазоре припой и производят нагрев под пайку с приложением давления, отличающийся тем, что, 10 c целью повышения качества и надежности со- единения, рельеф выполняют на более твердом материале, перед нагреваем осуществляют деформирование элемента из мягкого материала до обеспечения физического контакта по всей площади рельефа, а при нагреве под пайку и последующей кристаллизации припоя производят деформирование обоих соединяемых элементов.
Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР Р 486836, кл. В 21 0 39(00, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР М 342742, сл. В 23 К 1/20, 1970.