Способ соединения хрома с никелем и никелевыми сплавами

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 5 В.23 К 20/О НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРС СВИДЕТЕЛЬСТВУ и получении соедии никелевыми сплабретения, способ между соариваемыежуточной прокладрев, сдавливание, жку и охлаждение, авляющей из хрома окисленной поверх мкм, а иэотермичет при 1100 - 1250 С хнологичеого В,И.Беля- и А.П,СысоГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Московский авиационный тский институт им, К.Э.Циолковс(54) .СПОСОБ СОЕКЕЛЕМ И НИКЕЛ 202963, кл. В 23 К 20/02,ДИНЕНИЯ ХРОМА С НИЕВЫМИ СПЛАВАМИ Изобретение относится к сварке, в частности к диффузионной сварке в вакууме, иможет быть использовано в авиационной,машиностроительных, химической и другихотраслях промышленности,Известен способ соединения металлических материалов, по которому используютпромежуточную прокладку с экэотермическим эффектом. По этому способу соединяемые материал ы с и ромежуточ нойпрокладкой нагревают, сдавливают, проводят изотермическую выдержку и охлаждают.Недостатком способа является образование в контакте соединяемых материаловинтерметаллидов, не являющихся барьеромдля диффузионного взаимодействия, в результате чего при длительной эксплуатацииснижается жаропрочность соединения.Наиболее близким техническим реше, нием к изобретению является способ соединения никеля и хромосодержащих сплавовчерез йрослойку из ал юминия, По этому способу между соединяемыми материалами помещают прослойку алюминия толщиной отнескольких микрон до 100 мкм, Соединяемые материалы с прослойкой нагревают до(57) Использование; пр нений хрома с никелем вами, Сущность иэо включает размещение ми поверхностями Пром ки из алюминия, наг иэотермическую выдер причем в качестве сост используют заготовку с ностью толщиной 0,1 - скую выдержку проводя в течение 20 - 60 мин. температуры 700 - 1000 С, сдавливают, проводят изотермическую выдержку в течение 8 ч и охлаждают,Недостатком способа является высокая скорость взаимодиффузии соединяемых материалов, в результате чего при длительной эксплуатации при повышенных температурах снижается жаропрочность соединения,Целью изобретения является повышение качества соединения за счет увеличения длительной жаропрочности при повышенных температурах и снижения энергоемкости процесса соединения хрома с никелем и никелевыми сплавами,Поставленная цель достигается тем, что в качестве составляющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной 0,1. - 2 мкм, а иэотермическую выдержку проводят при 1100 - 1250 С в течение 20 - 60 мин.В результате взаимодействия окисной пленки на хроме с алюминием идет выделс ние. тепла, интенсифицирующего соединения материалов, Взаимодействие идет по реакции; Сг 20 э+.2 А = А 20 з 4. 2 Сг. Образующаяся окись алюминия является диффузионным барьером, препятствующим5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 взаимодиффузии соединяемых материалов, Выделяющийся хром в активном состоянии прочно соединяется с окисью алюминия и поверхностями сплава хрома и никелевого сплава. Избыточный алюминий взаимодействует с никелем жаропрочного сплава и образует интерметаллид КзА, дополнительно упрочняющий соединение.При толщине окисного слоя хрома больше верхнего предела, т,е. более 2 мкм, образуется прослойка металлокерамики Сг - А 120 з критической толщины и неоднородного состава, поэтому разрушение сваренного изделия происходит по металлокерамике, длительная жаропрочность ниже, чем изготовленных деталей по способу, принятому за прототип (4,5 ч).При толщине окисного слоя на хроме меньше 0,1 мкм эффект повышения каропрочности не имеет места из-за недостаточности количества образующейся окиси алюминия и чистого хрома, Длительная жаропрочность равна или ниже чем при изготовлении по способу, взятому за прототип (5 ч),Способ заключается в следующем.Поверхность сплава хрома окисляют любым известным способом термическим, химическим или др.) до.образования пленки окисла толщиной 0,1 - 2 мкм, Помещают соединяемые детали из сплава хрома и сплава никеля с размещенной мекду ними промежуточной прокладкой из фольги алюминия толщиной 5 - 100 мкм в камеру установки диффузионной сварки, Создают в камере разрежение 1 - 10 Па и нагревают соединяемые детали до 1100 - 1250 С, сдавливают с усилием 8 - 30 МПа и проводят изотермическую выдержку в течение 20 - 60 мин. Затем охлаждают соединенные детали до 2060 С, развакуумируют камеру установки и извлекают готовыеизделия.На поверхности алюминиевой прослойки перед сваркой (нагревом) имеется слой окисной пленки, Однако, в результате совместного воздействия нагрева и сдавливания деталей уже при температуре плавления алюминия происходит дробление (разрушение) окисной пленки алюминия и частичное ее выдавливание из зоны соединения. При этом отдельные диспергированные частицы разрушенной пленки окиси алюминия остаются в зоне соединения, Обнажившийся слой алюминия прокладки и взаимодействует с окисью хрома.Наличие на контактной границе окислов алюминия создает барьерный слой, препятствующий взаимодиффузии компонентов соединенных материалов; хромас одной и никеля с другой стороны. В результате жаропрочность соединения не снижается в течение длительного времени эксплуатации при повышенной температуре, Кроме того, отсутствие избыточного содержания хрома в никелевом сплаве также повышает его жаростойкость в течение длительного промежутка времени при повышенных температурах,П р и м е р 1, Соединения сплава хрома ВХ 2 И с никелевым сплавом ЭИ 435.Помещают соединяемые детали из сплава хрома с окисной пленкой толщиной 1 мкм, сплава никеля и промежуточной прослойки алюминия толщиной 50 мкм в камеру установки диффузионной сварки, которую вакуумируют, Детали сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 25 МПа. Проводят изотермическую выдержку при 1150 С в течение 40 мин и охлаждают до 40 С, Развакуумируют камеру установки и извлекают сваренные детали.Проведенные в МАТИ им, К,Э,Циолковского испытания показали, что полученное соединение не разрушается в течение 50 ч при температуре 1200 С и растягивающем напряжении 10 МПа, Соединение по способу, взятому за прототип, разрушалось после нагружения в течение 5 ч,П р и м е р 2. Способ по примеру 1 с тем отличием, что толщина слоя окисла на хроме составляет 2 мкм, а толщина промежуточной прокладки из алюминия 100 мкм.Соединение разрушалось после 35 ч испытаний под нагрузкой, создаю,щей растягивающее напряжение 10 МПа при 1200 С.П р и м е р 3. Способ по примеру 1 с тем отличием, что толщина слоя окисла на храме составляла 0,1 мкм и применяли промежуточную прокладку из алюминия толщиной 10 мкм,Соединение разрушалось после 40 ч испытаний под нагрузкой, создающей растягивающее напряжение 10 МПа при 1200 С,П р и м е р 4. Способ по примеру 2 с тем отличЬем, что толщина окисного слоя на хроме была равна 2,5 мкм,Соединение разрушалось после 4 ч испытаний при той же нагрузке при 1200 С,П р и м е р 5, Способ по примеру 3 с тем отличием, что толщина окисного слоя на храме составляла 0,05 мкм,Соединение разрушалось после 5 ч испытаний при той же нагрузке при 1200 С,Формула изобретенияСпособ соединения хрома с никелем и никелевыми сплавами, предусматривающий размещение между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки из алюминия, нагрев, сдэвливание. изотерми1779512 Составитель А. СергеевТехред М.Моргентал Корректор Н, Милюкова Редактор О, Стенина Заказ 4408 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ческую выдержку и охлаждение, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества соединения за счет увеличения длительной жаропрочности при повышенных температурах и снижения энергоемко сти процесса, в качестве составляющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной О,1 - 2 мкм, а изотермическую выдержку проводят при 1100- 1250 С в течение 20-60 мин.