Наполнитель для некапиллярных паяльных зазоров при автовакуумной пайке стали

(51)В КОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕНПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГНКТ СС ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМ ЬСТ И едовательо иссл ко-тех ссорно логиче машиВ.К.Беспапенко(54) НАПОЛНИТЕЛЬ ПАЯЛЬНЫХ ЗАЗОРО ПАЙКЕ СТАЛИ (57) Иэобретени в частности к с .заполняющего не НЕКА АВТО ИЛЛЯРНЫХ УУМНОЙ айке,носитсяву напол с а илл ярк азор при едвн при п и повы 21-250,02-0,150,01-0,060,02-0,50,1-0,5Остальное рганелеэо(71) Всесоюзный науский и конструкторский институт компреностроения(56) Авторское свиЯ 927460, кл. В 23 Изобретение относится к пайке,.в частности к составу наполнителя, ис пользуемого для заполнения некапилл ных паяльных зазоров при автовакуум ной пайке стали.Цель изобретения - получение рапрочного паяного соединения ке среднеуглеродистых сталей шение стабильности распределения на полнителя по всему сечению шва.Наполнитель имеет следующий состав, мас.й:НикельУглеродКислородКремний автовакуумной пайке стали. Цель изобретения - получение равнопрочного паяного соединения при пайке среднеуглеродистых сталей и повьппение стабильности распределения наполнителя по всему сечению шва. Наполнитель имеет следующий состав, мас.У.: никель 2-25; углерод 0,02-0,15; кислород 0,01-0,06; кремний 0,02-0,51 марганец 0,1-0,5; железо - остальное. Наполнитель изготовляется распылением расплава чистым азотом с размером частиц 0,16-0,4 мм, он используетсяпри пайке стали 45 с зазором под пайку 2 мм с припоем системы медь-марганец при температуре 1000 С и вьщерж- а ке 60 мин. После пайки образцы термообрабатываются. Прочность паяного соединения составляет 570 МПа а ударная вязкость - 55 Дж/см . 1 табл.юь Никель, находящийся в сплаве на основе железа, растворяется в припое менее активно, Поэтому на стадии заполнения зазора с наполнителем припой несущественно изменяет свой состав. При изотермической выдержке наполнителя в расплаве припоя на м ной основе медь иэ расплава диффундирует в частицу наполнителя. Размер атома меди имеет значительно больше размеров атомов железа, никеля, поэтому в частицах наполнителя образует ся поверхностный слой со значительно искаженной решеткой. Кроме того, диф" фузия меди повьппает скорость диффузии вакансий. Поверхность частицы является безграничным источником.вакансий. Вакансия в решетке сплавасоэда 15 В 1527ет искажение с увеличениемразмера ее параметров. В .результате в поверхностном слое создается напряженное состо- . яние вследствие увеличения его объе 5 ма. Медь активно диффундирует и по границам зерен. В сферической частице на границе зерен возникают растягивгющие напряжения, что в свою очередь способствует вследствие эффекта 10 Ребиндера проникновению меди в глубь частицы. Частицы диспергируются на отдельные зерна и блоки. Образовавшиеся мелкодисперсные частицы насьпщаются элементами расплава н достигают равновесного состава. Диффузионные процессы и массоперенос в жидкой фазе приводят к сфероидизации мелкодисперсных частиц, Таким образом, части" цы наполнителя с размером 0,2-0,5 мм преобразуются в частицы размером 5-20 мкм. В результате формируется металл шва, состоящий из легированной железом и никелем матрицы, армированной мелкодисперсными сфероидами 25 наполнителя, Такая структура обеспечивает высокую прочность и пластичность металла шва по всему сечению.Содержание компонентов наполнителя обусловлено следующим.Для вакуумной пайки стали применяются припой системы медь-цинк и медь-марганец, температура пайки выбирается в пределах 960-1000 С. При пайке в матрице припоя растворяется 9-11% никеля. Для этого в наполнителе его содержание должно быть 21-25%. Увеличение его содержания не изменяет механических свойств соединения и экономически нецелесообразно, сниже- ние приводит к уменьшению прочности матрицы шва,Содержание углерода оказывает значительное влияние на процесс диспергации наполнителя. Скорость диффузии меди, определяющей диспергацию, максимальна в безуглеродистом железоникелевом сплаве, С повышением содержания углерода скорость диффузии меди уменьшается, а следовательно, уменьшается и скорость диспергации. При содержании углерода 0,15-0,2% скорость диспергации наполнителя уменьшается почти вдвое по сравнению с наполнителем, содержапям 0,02- 0,05% углерода, Это требует двукратного увеличения времени пайки. Однако вывести углерод из состава наполнителя нельзя,так как углерод является активным раскислителем на стадии узготовления наполнителя с применением распыления расплава азотом, а также восстановителем окисной пленки на поверхности частиц на стадии нагрева в паяльном зазоре до температуры пайки. Окисная пленка образуется на частицах при хранении наполнителя в атмосферных условиях и при взаимодействии с адсорбированными газами в паяльном зазоре при нагреве. Толщина окисной пленки на железоникелевом сплаве может достигать 100-200 А Для ее восстановления достаточно содержания углерода в наполнителе 0,02%.Повышение содержания углерода более 0,15 . недопустимо ввиду снижения скорости диспергации. Содержание углерода в пределах 0,02-0,15 стабильнообеспечивается при изготовлении порошка распылением в промьппленных условиях.Определяющим качество паяного соединения являетсясодержание кислородав составе наполнителя. В порошке иэжелезоникелевого сплава кислород находится в основном в окисной пленке на поверхности частиц. При наличии углерода в составе сплава происходит восстановление окислов с образованиемгазообразных СО и СО, которые непрерывно отводятся при автовакуумной пайке из зоны реакции за счет их поглощения сорбентом. При значительном содержании кислорода, т,е, при значительной окисленности порошка, весь углерод может быть реализован раньше завершения реакции восстановления.Для ее завершения необходимо соблюде-. ние соотношения реагентов С/О 0,75. Однако восстановление в зазоре не эффективно, так как газы СО и СО иэлабиринтов, образованных частицами порошка, откачиваются медленно. Это обусловливает неполное восстановление окислов и пористость металла шва. Поэтому содержание .кислорода в порошке необходимо ограничивать на стадии его изготовления. Верхнйй предел содержания .кислорода составляет 0,06% при его увеличении снижаются механические свойства соединения. Снижение содержания кислорода с 0,01% целесообразно, однако технологически трудно выпрлнимо.Кремний в наполнителе имеет противоречивоевлияние на свойства соешю" кения. С одной сторой, располагаясь15815преимущественно на границах зерен частиц наполнителя, он увеличивает их неоднородность и способствует ускорению диспергации, С другой стороны, располагаясь на границах зерен кристаллизующейся матрицы шва, он снижает ее прочность. Содержание кремния в пределах 0,02-0,5 Х обусловливается как механическими свойства О ми металла шва, так и. технологическими требованиями при изготовлении порошка. В пределах до 0,5 Х он выполняет роль активного раскислителя расплава перед его распылением. Сни жение кремния0,023 уменьшает скорость диспергации.Введение марганца в наполнитель обусловлено двумя обстоятельствами.Основным для автовакуумной пайки стали является припой системы медь-марганец. Введение марганца в наполнитель уменьшает скорость растворения его частиц на.стадии заполнения зазора ,припоем, что способствует формированию швов больших размеров. Кроме того, марганец является необходимым элементом - раскислителем на стадии выплавки сплава. Верхний предел содержания марганца определяется его влиянием на 30 скорость диспергации частиц наполни-. теля (марганец снижает ее), поэтому установлен равным 0,53. При содержании 0,1 Х марганец не снижает ско,рость растворения наполнителя. 35Наполнитель изготавливается распылением расплава чистым азотом. Частицы имеют сферическую форму с блестящей металлической поверхностью,. Для автовакуумной пайки стали применяется 40 порошок грануляции 0,16-0,4 мм.Испытание наполнителя в лабораторных условиях при пайке стали 45 припоем медь-марганец: зазор размером 2 мм заполняют наполнителем, к зазору 45 присоединяют питатель с припоем и сорбционный насос с металлическим геттером; после соответствующих технологических операций (проверка герметич.ности сварных швов, удаление иэ заэо Таким образом, применение наполнителя, изготавливаемого методом распыления расплава азотом, позволяет получать стабильные высокие механические свойства паяных соединений конст" рукционных сталей,Формула изобретения Наполнитель для некапиллярных паяльных зазоров при автовакуумной пайке стали, состоящий из гранул никеля, выоокоуглеродистой и низкоуглеродистой стали, содержащей углерод, кремний, Марганец, кислород, железо, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения равнопрочного паяного соединения при пайке среднеуглеродистых сталей и повьппения стабильности распределения наполнителя по всему сечению шва, он содержит компоненты в виде. сплава в следующем соотношении, мас.й:НикельУглеродКремнийМарганецКислородЖелезо 21-25 0,02-0, 15 0,02-0, 5 0,1-0,5 0,01-0,06 Остальное27 6ра инертных газов, заполнение полости питателя газов и др.) технологические отверстия герметизируют и образцы нагревают в печи до 1000 С, вьщеро живают 60 мин; после пайки образцы термообрабатывают, разрезают и подвергают испытаниям на растяжение и ударную вязкостьВ таблице даны примеры выполнения наполнителя и результаты испытаний паяных соединений.Как видно из данных таблицы, оптимальным является наполнитель, содер" жащий, мас.Х: никель 22; углерод 0,03; ,кислород 0,02; кремний 0,04; марганец 0,03; железо - остальное (вредные примеси - не более 0,03 каждой). Газовьщеление такого наполнителя при нагреве до 1000 С в вакууме 0,007 см/г.77,8 22 0,03 0,06 0,1 0,01 520 Составитель Л.АбросимоваТехред М.Моргентал Корректор О.Ципле Редактор Л.Веселовская Заказ 2926 Тираж 645 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5