Способ соединения деталей

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(5)М 23 Р 11/О присоелинением заявк Гасударственный кем) Приоритет Опубли кон СССР делам нзобретео 15,04 Беллетеньания 18,04 3) УДК 62 .391.3 (088.8 и откр опубликования опи В, П, Исаков, В, С,и Я. С.(7 ) Заявител 4) СПОСОБ СОЕДИНЕН В описанном сп элемент выполняю щего материала, п производят гидри элемента,Этот способ может обеспечить надежную эксплуатацию содщтпения лишь до температуры 400-500 С, что связано с термическим разложением испол эуемого гидрида. Максимальная температура Зксплуатапии таких соединений до 900 С, при этом в зоне эксплуатации соединения необходима водородная среда с давлением, равновесным давлению разложения гидрида.Кроме того, гидридные материалы, как правило, не обладают корроэионной стойкостью в окислительных средах, например водяяой пар, горячий воздух, кислород и тд.Цель изобретения - повышение температуры эксплуатации и корроэионной стойкости соединения. Изобретение относится к соединениямразнородных материалов и может бытьиспользовано для получения неразъемныхсоединений в машиностроении.Известен способ соединения разнородных металлов пайкой, при котором в:пользуют припой, увеличивающий свойобъем при кристаллизации ЯДанный способ позволяет увеличитьпрочность соединений эа счет эаклинитввания припоя в ивяном соединении.Однако этот способ применим лишьпри последоующей работе иэделий ниже100",150 С иэ за низкой температурыплавления припоев, богатых висмутом,а именно висмут увеличивает объемприпоя при кристаллизации,Наиболее близок к предлагаемому потехнической сущности, способ соединеныдеталей, при ютором в местах соединения образуют полость, размещают в нейпромежуточный элемент и осуществлаотхимический процесс, приводящий к увеличению объема промежуточного элемента 2,особе промежуточный т иэ гидридообразуюри соединении деталей, рование промежуточного15 3 7273Это достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем размещенные между соединениями деталей промежуточного элемента и проведение химической реакции, приводящей к увеличению объема промежуточного элемента, промежуточный элемент изготаЬливают из ниобия, а для увеличения его объема проводят окисление.Окисление промежуточного элемента может быть проведено при 800 900 Со до образования переходной структуры"йЬ-йьО-йЬО -А-МЬ 0б. Соединение деталей предлагаемым способом достигается за счет увеличения объема промежуточного элемента из ниобия при его окислении до ЙЬО, ЙЬО,Ф МЬ О . Увеличение объема может достигать 20% от первоначального.20Степень окисления, ниобня максимальна по поверхности промежуточного элемента и минимальна внутри него. Такая переходная структура промежуточного элемента обеспечивает возможность эк 25сплуатации соединенных деталей при более высоких температурах и в коррози 4 онно-опасных, окислительных средах по . сравнению с соединением при помощи гидридов металлов. Выбор температуры.30 окисления ниобия в диапазоне 800 900 Со обусловлен тем обстоятельством, что в этом диапазоне происходит аномально быстрое окисление ниобия за счет диффузии кислорода в решетке о МЬ О З 5Предлагаемый способ позволяет осуществлять соединение деталей из окислительно -стойких, высокотемпературных материалов, например нержавеющих. ста пей и сплавов, керамик на основе окиси40алюминия, окиси магния, окиси бериллняи т.п в различных их. сочетаниях.Для осуществления способа используетсяя стандартное технологическое оборудование, напркер печь с температу45 рой нагрева до 900 С. Процесс окисленияможно проводить на воздухе, за 1-3 ч (для промежуточных элементов толщиной0,8 3 мм).ЯНа фиг". 1 показано соединение двух цилющричесяк втулок по торцай на.фиг. 2 - соединение двух цилиндрических втулок разного диаметра по боковым поверхносфГямна фиг 3 соединение двух 55пластин по прилегающим кромкам.Данный .способ особенно эффективен: в случае соединения окислительно-стойких(в атмосфере горячего воздуха при тем 93 4о.пературе до 900 С ) материалов, таких как жаропрочные стали (например, при меняющиеся для изготовления трубопрово дов для подачи горячего воздуха, турбинных лопаток и т.п.), керметы на основе окислов, огнеупорные керамики и стекла.Эти материалй плохо соединяются друг с другом и с другими окислительно стойкими материалами известными способами (пайкой или сваркой), а их соединение с помощью гидридов, как уже указывалось выше, неработоспособно в окислительной среде при таком уровне температур. В примерах осуществления показана возможность соединения существенно разнородных по физико-механичео-, ким свойствам окислительно"стойких материалов, Каждое соединение при необходимости (трубчатые соединения) испытывалось на герметичность давлением гелия.П р и м е р 1. В торцах втулки 1 (фиг. 1) с толщиной стенок 5 мм, выполненных из стали 12 Х 18 Н 10 Т и втулки 2 из стали Х 16 Н 6 вытачивают кольцевые проточки размером 2,5 х 2,5 мм, образующие полость между торцами втулок при их стыковке, В полость втулки 1 или 2 между торцами при стыковке втулок помешают по скользящей посадке кольцо 3, изготовленное из ниобия.Сборку. нагревают в атмосфере возду 1 ха пуи нормальном давлении ( 1 ата) до.850 С и выаерживают при этой температуре в течение 2 ч. После чего сбоку охлаждают до комнатной температуры. Такое соединение работоспособно приотемпературе до,800 С в суде воздуха и при температуре до 900 С в инерт ной среде. Герметичность соединения при давлении 100 кгlсмф гелияполная. Прочность на разрыв составляет 24 кг/мм при комнатной температуре,П р и м е р 2. В полости, образован ной боковыми поверхностями втулки 1, (фиг; 2), изготовленной из спеченной окиси бериллия, я втулки 2 из стали 12 Х 18 Н 10 Т.размером 2 х 5 мм, номе шают, кольцо 3 из ниобия, Сборку нагревают в течение 1,5 ч на воздухе прио850 С, после чего охлаждают до комнаъной температуры. При испытаниях на герметичность давлением гелия 100 ати герметичность в месте соединения втулок не нарушилась, Сборка после вы: держки ( ч) в.среде воздуха при 730-750 С при испытаниях на проъ.727393 г,ЦНИИПИ аказ 1640/ Тираж 1160 По П "Патент", г д, ул. Проектная, 4 5ность разрушилась по телу втулки из окиси бериллия.П р и м е р 3. В кромках плоских пластинок (фиг, 3) 4 и 5 с толщиной стенок 10 мм, одна из которых изготов лена из кварцевого стекла,а другая - из силицированного графита марки СГ-Т, выполняют продольные прорези размером 2 хЗ мм, В полость, образованную прорезями, помещают пластину 6 из ниобия. Сборку нагревают на воздухе доо900 С и выдерживают в течение 1 ч, Соединенные пластинки выдерживают долговременный (более 100 ч) нагрев в окислительных средах при температураходо 800 С Зез разрушения соединения и до 1500 С в инертной среде.Приведенные примеры показывают, что по предлагаемому способу возможно изготовление соединений, работоспособ- гО ных в окислительных и коррозионноопасных средах при повышенных температурах. Такие соединения могут найти применение при изготовлении различных автоклавов, в трубопроводах, в измерительной технике (для выводов и соеди пений термопар, датчиков давления и т.п.), в теплообменных аппаратах, узлах газотурбинных установок и т.д. Использование предлагаемого способа соединения деталей обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества: . 6обеспечение возможности повышения температуры эксплуатации соединений, выполненных из высокотемпературных материалов до 1500-1600 С;ообеспечение возможности эксплуатации соединений в окислительных средахопри температуре до 800 С. формула изобретен ия1. Способ соединения деталей, при котором в местах соединения образуют полость, размещают в ней промежуточный) элемент и проводят химическую реакцию, приводящую к увеличению объема промежуточного элемента, о т л ич а ю ш,и й с я тем, что, с целью повышения температуры эксплуатации и коррозиочной стойкости соединения, промежуточный элемент изготавливают из ниобия, а для увеличения его объема п)оводят окисление.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что окисление промежуточного элемента проводят при 800 о900 С до образования переходной структуры. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Манко К. Пайка и припои. М.,Машиностроение, 1969, с. 305-306. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке % 2396859, кл. В 23 к 1/00,197 6.