Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов

,ЯО 1263458 А 2 23 К 10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ способу высокотемпературного диффузго соединения материалов. С цельюшения прочности соединения при вытемпературах детали, соединенные вс расплавленным легкоплавким вещесодержащим тугоплавкие элементы, пгают двухступенчатому отжигу приратуре, равной температуре образованидинения, сначала форвакуумному, авысоковакуумному. Форвакуумныйпроизводят в течение 1 - 1,2 ч, высоковный - в течение 3 - 3,2 ч. Пределности соединений, полученных с помданного способа при высокой темперприближается к пределу прочностиного материала. 1 з. п. ф-лы, 1 табл..38й ордена Трудового Крастехнический институтнова, В. А. Ананьевский 8)идетельство3 К 1/00, 191 СОКОТЕМННОГО СО 81.ПЕРАТУРНОЕДИ НЕНИЯ бласти соечастности к тносится кметаллов,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Краснодарскиного Знамени поли (72) Ж, М. Бледи М, И. Чаевский (53) 621.791.3 (088 (56) Авторское св994171, кл. В 2 (54) СПОСОБ ВЬГО ДИФФУЗИО МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретениединения различных ионно- повысоких ванне ством, одвер- темпея соезатем отжиг акуум- прочощью атуре, основдиффузионного слоя, что приводит к затягиванию зазора между соединяемыми поверхностями с вытеснением легкоплавкой основы - свинца и образованию шва, Дляполного удаления свинца из образовавшегося шва соединения осуществляют двухступенчатый высокотемпературный вакуумный отжиг с последующей термообработкой соединенных деталей. Двухступенчатый высокотемпературный вакуумный отжиг заключается в предварительном отжиге при температуре, равной температуре образования соединения, и при низком давлении в течение 1 - 1,2 ч для грубой очистки от свинца и 3 - 3,2-часовом отжиге в высоком вакууме при той же температуре для тонкой очистки от свинца границ зерен и получения однородного состава сплава в зоне соединения. Как показали опыты,при форваиуумном отжиге продолжительностью менее 1 ч на стандартных образцах для 40 50 55 Изобретение относится к соединению различных металлов, в частности к способувысокотемпературного диффузионного соединения материалов, и может применяться вхимическом машиностроении, авиастроении,автостроении, энергомашиностроении для деталей спецназначения, работающих при высоких температурах.Цель изобретения - повышение прочности соединения при высоких температурах за счет удаления свинца и получения однородного сплава в зоне соединения металлических деталей,Способ высокотемпературного диффузионного соединения металлических деталей осуществляется путем погружения соединяемых деталей в ванну с расплавленнымсвинцом, содержащим растворенные тугоплавкие элементы, взаимодействующие с металлами соединяемых деталей. После образования диффузионного соединительногослоя (шва) производят двухступенчатый высокотемпературный вакуумный отжиг соединения при температуре, равной температуре образования соединения, состоящий изпервой ступени - форвакуумного отжига(отжиг при низком давлении) и второй ступени - высоковакуумного отжига, что поз 25воляет удалить полностью свинец в приповерхностном слое и по границам зерен.Процесс соединения осуществляется следующим образом.Соединяемые поверхности деталей пред- З 0варительно обрабатывают для их лучшейподгонки (наличие зазоров, больших 30 -40 мкм, снижает прочность соединения),обезжиривают, помещают в расплав свинца, содержащий тугоплавкнй элемент, и подвергают нагреву в среде инертного газа с З 5 последующей выдержкой. В результате нагрева до температуры образования соединения происходит перенос тугоплавкого элемента, растворенного в расплаве свинца, к соединяемым поверхностям и рост на них испытания на усталостную прочность полностью удалить свинец с поверхности не удается. Если производить отжиг в высоком вакууме менее 3 ч, то спектральные приборы обнаруживают в образцах свинец. Тугоплавкий элемент выбирают в зависимости от назначения конструкции и эксплуатационных требований, предъявляемых к конструкции, а расплав - из условия обеспечения наибольшей скорости диффузии и отсутствия существенного взаимодействия с соединяемыми металлами.Пример 1, Производили соединение плоских образцов из листовой стали 08 Х 18 Н 10 Т за счет диффузии никеля, Стандартные плоские образцы для испытания на растяжение разрезали пополам вдоль и шлифовали так, чтобы между соединяемыми плоскостями не образовывался зазор более 40 мкм. Затем обработанные части образца гальванически никелировали для обеспечения надежного смачивания и стыковали, после чего образцы помещали в ванну с расплавом свинца, содержащим Зо никеля, в котором их подвергали нагреву до 1050 С в течение 20 ч. Затем осуществляли отжиг при 1050 С в вакууме 10 мм рт, ст. в течение 1 ч и 3-часовой отжиг в вакууме 510 мм рт. ст. Спектральный анализ показал наличие свинца по границам зерен и некоторое падение прочности диффузионного соединения при испытании при 500 С,Пример 2. По технологии, изложенной в примере 1, двухступенчатый высокотемпературный вакуумный отжиг осуществляют по следующему режиму; предварительный при 1050 С в вакууме 10мм рт. ст. в течение 1 ч для грубой очистки поверхности детали от свинца и 3-часовой отжиг в высоком вакууме 5 10 в мм рт. ст. для тонкой очистки от свинца границ зерен и получения однородного состава сплава в зоне соединения. Механические испытания показали, что предел прочности диффузионного соединения в интервале температур 300 - 600 С примерно равен пределу прочности целого образца.Пример 3. Соединяли плоские образцы из листовой стали 10 за счет диффузии хрома. Все операции производили по примеру 1 с добавлением нормализации. Механические испытания при 500 С показали, что предел прочности диффузионного слоя составляет 60/о от предела прочности целого образца, составляющего 200 МПа.Пример 4. Производили соединение плоских образцов из листовой стали 10 за счет диффузии хрома. Все операции осуществляли по примеру 2 с добавлением нормализации. Механические испытания при 500 С показали, что предел прочности диффузионного соединения примерно равен пределу прочности целого образца, составляющему 200 МПа.1263458 Пример 5, Соединяли молибденовую трубку с фланцем из нержавеющей стали с помощью никеля. При проведении вакуумного отжига по технологии, приведенной в примере 2, механическая прочность соеПредел прочности, МПа Температура, С целогообразца по прото- по предлагаемо-.типу му способу 440 280 450 300 415 240 420 400 380 210 390 500 305 200 600 315 Таким образом, предлагаемый способ позволяет сохранить прочность при высоких температурах, кроме того, соединения, получаемые данным способом, являются вакуумноплотными при высоких температурах (возможно получение соединений, прочность которых при высокой температуре превосходит прочность основного материала). формула изобретения 35 Составитель Л. АбросимоваТехред И. Верес Корректор М. СамборскаяТираж 1001 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Редактор М. ДылынЗаказ 5473/13 1. Способ высокотемпературного диффузионного соединения материалов по авт. св,динения при 600 С была на 50 Я выше, чем у соединения без высокотемпературного двухступенчатого вакуумного отжига.Свойства соединения деталей из стали 08 Х 18 Н 10 Т представлены в таблице. диффузионного соединения Мв 994171, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности соединения за счет более полного удаления легкоплавкой основы, соединенные детали подвергают двухступенчатому отжигу при температуре, равной температуре образования соединения, сначала форвакуумному, а затем высоковакуумному отжигу. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что форвакуумный отжиг производят в течение 1 - 1,2 ч, а высоковакуумный - в течение 3 - 3,2 ч.