Сплав на основе меди

)5 С 22 С 9/06 ОБРЕТЕНИЯ АНИЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС учно-иеследоватрукторский инботки цветных работка"Ф. Пружинин, а, А, М, Чувилин,аков, С. Х. Мах 2 С 9/06,Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплаву на оснЬве меди, используемому в качестве припоя для пайки твердосплавного инструмента, например при производстве буровых коронок для горнорудной техники.Большинство видов инструмента состоит из стального корпуса, к которому с помощью пайки крепится пластина твердого сплава. Пайка разнородных материалов; резко различающихся по химическому составу и физико-механическим свойствам, вызывает определенные трудности, связанные, в первую очередь, с существенным различием термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР). Учитывая, что ТКЛР сталей в 2-3 раза превышает ТКЛР твердых сплавов, величина возникающих напряжений в твердом сплаве достаточно высока и может быть приЧиной образования трещин в пластинах твердого сплава и их отрыва от стального корпуса при воздействии внешних эксплуатационных нагрузок. Обоснованный выбор припоя для пайки твердосплавного инструмента снижает уроГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ МЕДИ(57) Сплав предназначен для пайки соединений твердый сплав - сталь, Сплав содержит, мас.0: никель - 1,0-2,0; 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: гор - 232 - 296 МПа, интервал плавления: Тз=1010 - 1020 С, Т - 1040-1050 С. 2 табл; вень внутренних напряжений, повышает работоспособность инструмента.Известен сплав на медно-никелевой ос- У) нове, легированный никелем, кобальтом и Смарганцем (ЛН КоМц 49 - 9 - 0,2 - 0,2).Этот сплав используют в качестве при- ф поя при пайке твердого сплава ВК 15 со сталью марки 18 х 2 Н 4 МА при 980-1000 С при изготовлении буровых коронок.К недостаткам сплавов системы Сцп, 3 используемых в качестве припоев, следует 0 ь отнести сильное испарение цийкапри температуре пайки и образование окислов цин- Я ка.При переходе на механизированную печную пайку в восстановительной атмосфере, в частности в эндогазе, из-за испарения цинкапроисходит быстрый выход из строя печей для пайки и ухудшЕние экологических условий производства. Кроме того, применение латуней в качестве припоев в восстановительной среде не рекомендуется из-за склонности их при нагреве заметно поглощать водород, вызывающий их охрупчивание.В связи с изложенным для пайки бурового инструмента в восстановительной атмосфере необходимо применение бесцинкового припоя, при этом его температура плавления не должна превышать 5 температуру плавления меди, а прочность паяных Соединений твердый сплав-сталь должна быть не ниже, чем с припоем ЛНКоМц 49 - 9 - 0,2-0,2;Наиболее близким к заявляемому спла ву является сплав состава, мас,%:никель 0,05 - 3,0кремний0,01 - 1,0железо 0,01 - 3,0фосФор 0,01-3,0 15 медь остальное Известный сплав не обеспечивает достаточно высокую механическую прочность паяного соединения. Кроме того, температура плавления сплава превышает температуру 20 плавлейия меди, что недопустимо при печной пайке инструмента.Целью изобретения является снижение температуры плавления сплава и повышение механической прочности паяного сое динения.Для достижения поставленной цели разработан сплав на основе меди преимущественно для пайки соединений твердый сплав-сталь, содержащий никель, кремний, 30 железо и фосфор, в котором согласно изобретению, он дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:никель 1 0-2 О 35 кремний 1,2-.2железо 0,1-0,7кобальт 0,1-0,5ФосФор ., 0,001-0,1медь остальное 40 Высокое качество паяного соединениятвердый сплав-сталь достигается йри использовании разработанного сплава зэ счетвведения кобальта и выбора соотношения 45остальных элементов.Учитывая, что твердый сплав представляет смесь карбида вольфрама с кобальтовой связкой, присутствие кобальта в припоеулучшает смачивание твердого сплава и БОуменьшает толщйну промежуточной прослойки СоЯ 2, так как снижается градиентконцентрации кобальта на границе. Выбранные пределы содержания элементовобеспечивают температуру плавления 55сплава ниже температуры плавления меди, высокие механические свойства прикомнатной и повышенных температурах,высокую механическую прочность паяногосоединения,По совокупности свойств сплав превосходит известный сплав.Никель, повышает механическую прочность и температуру плавления меди. Присодержании Ю выше 2% температура сплава значительно повышается по сравнению стемпературой плавления меди,При содержании никеля меньше 1%увеличение прочности незначительно;Введение кремния приводит не только к повышению прочности, но и снижает температуру плавления меди. Однако повышенноесодержание кремния (2%) приводит к образованию интерметаллидной прослойки состороны твердого сплава СоЯ 2, При содержании кремния менее 1,2% температурасплава превышает температуру плавлениямеди.Введение кобальта до 0,5% приводит кулучшению смачивающей способностисплава по поверхности твердого сплава скобальтовой связкой. При содержаниикобальта менее 0,1% смачивание снижается.Выше 0,5% Со повышается температура плавления сплава, Присутствие железа вмедком сплаве приводит к измельчениюзерна и повышению механической прочности сплава, уменьшени 1 о растворения поверхности стальной детали в расплаве припайке и улучшению качества паяного соединения,При содержании железа менее 0,1% измельчения зерна не наблюдали, Введениежелеза выше 0;7% нежелательно, так какрастет температура плавления сплава.Фосфор в медном сплаве оказывает заметное влияние на смацивание им поверх-ности основных металлов: твердого сплаваи стали. При содержании его в пределах от0,001 до 0,1% происходит улучшение смачивэющей способности сплава, что позволяетпроводить пайку при меньшем перегревеприпоя, Если количество Фосфора менее0,001%, этот эффект не проявляется. Присодержаний Фосфора более 0,1% ухудшаются технологические свойства сплавапри обработке давлением в горячем состоянии.В табл, 1 приведены температура плавления сплавов и механическая прочность насрез паяных соединений твердый сплавсталь, выполненных с использованием разработанного сплава и известного сплава,Для сравнения приведены значения предела прочности на срез паяных образцов, выполненных медью, латунью ЛНКоМц49-9-0,2-0,2,Из табл, 1 видно, что максимальнаяпрочность на срез получена на паяных об1765228 20 Таблица 1 Та разцах, выполненных разработанным сплавом.Учитывая, что твердосплавный инструмент в процессе эксплуатации может разогреваться до температур 400 - 600 С, были проведены испытания механической прочности при повышенных температурах. Результаты испытаний для сплава, со держащего в мас.: М -1,5: Я - 1,5; Ге - 0,5; Р - 0,05; Со - остальное, приведены в табл, 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 (а=140 МПа, 600 С - 80 МПа). Сплав имеет температурный интервал плавления 1010-1050 С, что позволяет проводить пайку твердосплавного инструмента как с нагревом токами высокой частоты, так и в печах сопротивления в восстановительной атмосфере при температурах 1100- 1150 С. Сплав в качестве припоя хорошо смачивает поверхности стали и твердого сплава,обеспечивая требуемую механическуюпрочность паяного. соединения.5 По совокупности свойств новый сплавудовлетворяет требованиям, предъявляемым к припоям для пайки твердосплавного. инструмента,формула изобретения10 Сплав на основе меди преимущественно для пайки соединений твердый сплавсталь, содержащий никель, кремний,железо и фосфор, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижвниятемпературы плавле 15 ния сплава и повышения механическойпрочности паяного соединения, он дополнительно содержит кобальт при следующемсоотношении компонентов мас. 7 ь:никель 1,0-2,0кремний 1,2 - 2,0железо 0,1-0,7кобальт 0,1-0,5фосфор 0,001-0,1медь остальное