Способ изготовления образца для исследования механических свойств паяных соединений разнородных материалов

, В 23 К 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕНИЯ ОРС КОМУ ЕТЕЛЬСТВУ К 1 2(21) 4718836/08 (54) СПОСОБ ЙЗГОТОВЛЕЙИЯ ОБРАЗЦА(22) 14.07,89 ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ(46) 15,08.92. Бюл, М 30 . СВОЙСТВ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАЗ(72) Р.Е. Ковалевский, В,Н, Крысанова и Е.Г. НОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВЛисеева (57) Сущность изобретения: к одной из кор(56)Соединенияпаяные. Методыиспытаний пусных деталей припаивают сначала элена растяжение. ГОСТ 23047-78. мент из более хрупкого, труднообрайесЬегсЬ соп тупе беаза сагастег 1 запт батываемогоматериалатолщиной неменее,1 а гац 1 Ше без Ьгазогез. Со 1 оцце нВгазаце чем в 3 раза превышающей глубину взаимопоцт теп 1 регатцген, огцапзе раг 1. пз 11 аОС действия припоя с данным материалом, за 1 мегпабопа 1 бе зоисиге а сорепЬацце 1 е 6 тем обрабатывают этот элементдо толщины3 цей 1977. не более двойной. глубины"взаимодействияТруды конференции по электронной . и припаивают к нему со свободной сторонытехнике, МЭП СССР, ЦНИИПЭИИИН, 1966, тем же припоем и в том же режиме вторуюс.153,166 корпусную деталь, после чего образец по- .Пайка. Методы выявления и определе-ступает на испытание. 3 ил.ния толщины прослойки химического соединения, ГОСТ 21548-76,Пайка. Методы определения эрозии паяемого материала. ГОСТ 21549-76.ч Изобретение относится к исследованию. физико-механических свойств неразьемныхсоединений, а именно к способу изготовления образца для исследования механических свойств паяных соединенийразнородных материалов с резко различными свойствами,Известны способы изготовления образцов для исследования механических.свойств паяных соединений, в которых соединяются (спаиваются) отдельные детали, .изготовленные из различных материалов.Недостатком известных способов иэгб-"товления таких образцов является невоз-":."можность обеспечить определениепрочности непосредственно паяного щвв, ОЧ когда она существенйо выше прочйости хо- (у тя бы одного иэ соединяемых материалов. В этом случае при испытаниях, как правило, разрушается менее прочная деталь, не по-зволяя оценить действительную прочность ф б паяного соединения; Кроме того, изготоаяе. ние подобных образное из дорогих, дефицитных и труднообрабатыеаемых +а материалов (драгметаллы и их сплавы, кремний, германий, твердые сплавы и т,п.) экономически нецелесообразно,Указанные недостатки менее выражены при изготовлении после пайки в цилиндрическом стыковом образце Ч-образной проточки в зоне паяного шва, уменьшающей его йагружаемое сечение.Изготовленный таким способом образец прирастяжении действительно разрушается чащевсего пд шву, но необходимость механиче ской обработки образца после пайки, наличие концентратора напряжений, усложняющего характер напряжений в паяном соединении, и невозможность выдержать размеры проТбчек и их расположение поцентру шва для всех образцов в партии,приводят к большому разбросу экспериментальных данных, что не обесйечивает получения надежных результатов.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления образца для исследования механических свойств йаяныхсоединений. разнородных материалов,включающий пайку образца из трех деталейс введением припоя между ними.Согласно этому способу один из паяемых материалов (металл) впаивают в видепрокладки толщиной 0,3-2,0 мм между двумя корпусными деталями из менее прочногоматериала - керамики. Прокладку до пайкиобрабатывают на требуемую толщину, затем собирают узел, помещая между керамическими деталями прокладку и припоймежду прокладкой и корпусными деталями.Пайку обоих швов осуществляют одновременно. Изготовленный двухшовйый образец используется для испытания паяныхсоединений на изгиб.Недостатком такого способа являетсято, что при испытании изготовленных такимобразом образцов разрушение по паяномушву, следовательно, и определение прочности паяного шва достигается лишь в случае,когда прочность паяемых материалов вышепрочности паяного шва. При другом соотношении свойств паяемых материалов прочность паяемого соединения оценить неудается, если материал прокладКи не провзаимодействовал с припоем на всю толщину. В паяных соединениях ширина зонывзаимодействия припоя с основным материалом является величиной порядка 0,050,1 мм. Прокладка из более слабогоматериала толщиной, обеспечивающей взаимодействие с припоем на всю ее величину,реально выполнима только из достаточнопластичных металлов и сплавов. Изготовление прокладок такой толщины из хрупкихили труднообрабатываемых материалов является сложным и дорогостоящим,Цель изобретения - разработка способа изготовления образца, обеспечивающего исследование свойств пвяного шва, прочность которого выше прочности одного из паяемых материалов, снижения трудоемкости и стоимости исследований, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления образца для исследования механических свойств паяных соединений разнородных материалов, включающему пайку образцов иэ трех деталей с введением припоя между ними, к одной иэ деталей, выполненной из более прочного матерйала, припаивают сначала деталь из менее прочного, хрупкого или 10 труднодеформируемого материала, обрабатывают ее до толщины не более двойной глубины взаимодействия припоя с данным материалом и припаивают к месту обработки вторую деталь иэ более прочного материала. 15 По предлагаемому способу иэготовления образца к одной иэ корпусных деталей, выполненной иэ более прочного в исследуемом соединении материала, припаивают сначала деталь иэ хрупкого или труднообра 20 ну, не менее чем в три раза превышающую предварительно определяемую глубину взаимодействия припоя с данным материалом,затем обрабатывают деталь до толщины не 25 более двойной глубины взаимодействия и припаивают к ней со свободной стороны тем же припоем и в том же режиме вторую корпусную деталь из более прочного мате 30 риала Выбор исходной толщины промежуточной детали, превышающей трехкратную глубину(д) взаимодействия припоя с паяемым материалом, связан с тем, что предварительное изготовление ее требуемой дву 35 кратной) толщины иэ хрупких и труднообрабатываемых материалов часто является проблематичным, поэтому ее изготавливают большей толщины. После того,40 как промежуточную деталь припаивают к одной из корпусных деталей, сошлифовать ее до толщины двукратной глубины взаимодействия с припоем технологически значительно проще. Толщина промежуточной детали, равная двукратной глубине взаимо 45 действия припоя с данным материалом, обусловлена тем, что так как пайка промежуточной детали двусторонняя, то в этом случае припой насквозь пропитывает всю толщину детали, армируя ее; и тем самым увеличивая ее прочность до прочности, превышающей прочностные свойства самого припоя.Полученное таким образом паяное соединение включает прослойку дорогого, хрупкого или труднообрабатываемого, но менее прочного материала, на всю толщину провзаимодействовавшего с припоем в процессе пайки, и все другие слои взаимодействия припоя с исследуемым сочетанием батываемого материала, имеющую толщиФпаяемых материалов (диффузионные, типа твердого раствора или химических соединений).На фиг.1 и фиг,2 представлена схематически последовательность изготовления со ставного образца с местными разрезами, схематически изображающими структуру паяного шва с переходными зонами взаимодействия припоя с паяемыми материалами; на фиг.3 - образец, вид сверху Способ осуществляется следующим абразом, Вначале по известной методике определяют глубину взаимодействия припоя с менее прочным из паяемых материалов. Затем изготавливают и припаивают в исследуемом режиме к детали 1 пластину 2 иэ менее прочного материала с размером по контуру,соответствующим форме площадки спая, и 20 с толщиной не менее тройной глубины взаимодействия (д) припоя 3 с данным материалом,Во время пайки припой 3 взаимодействует с материалом детали 2, образуя слой 4 глубиной д, и с материалом детали 1, образуя слой 5. После этого с детали 2 удаляют слой 6, доводя ее до толщины 1,5 - 2,0 д, и далее к обработанной поверхности 7 этой детали тем же припоем 3 и в том же режиме 30 припаивают вторую, корпусную деталь 8 из того же более прочного материала,В процессе вторичной пайки тем же припоем в том же режиме слой 9 пластинки 2 взаимодействует уже на всю толщину с припоем 3, формируя промежуточный слой 10(фиг.1) в паяном соединении, определяющий его прочность,При нагружении в разрывной машине изготовленных по предлагаемому способу 40 паяных образцов разрушение происходит либо в зоне взаимодействия припоя с менее прочным материалом (слой 10), либо в зойе взаимодействия с более прочным материалом корпусных деталей 1 и 8 (слой 5), либо по слою оставшегося припоя 3, либо смешан нов, Полученная при испытаниях такого сложного образца прочность максимально приближается к реальной прочности паяноП р и м е р. С помощью предлагаемого 55 способа изготовления данного образца была исследована прочность паяного шва в соединении композиционного медно-гра фитового материала МГ 9 с жаропрочным го шва, соединяющего материалы с различными физико-механическими свойствами,особенно когда один из материалов слабеедругого материала и собственно паяногошва. сплавом БрХ 0,8, Иэ-за низкой прочности (10-15 МПа) медно-графит МГ 9 при испытаниях на растяжение разрушался в первую очередь, в связи с чем прочность собственно паяного шва на известных образцах определить не удалось.Предварительно перед пайкой основного образца определялась глубина проникновения составляющих припоя ПМГр 5 в медно-графит при пайке в том же режиме, которая составила 0,1 - 0,12 мм, Пайка крестообразных образцов с размерами корпусных деталей 5 х 10 х 10 мм проводилась в вакууме порядка 10 -10 . мм рт.ст. при 1000"С без никелирования медно-графита МГ 9 активным припоем ЦМГр 5 системь медь-германий-галлий - хром; Далее проводилась напайка в тех же условиях обработанных уже пластинок по центру рабочей грани корпусной детали образца из сплава БрХ 0,8 (размер 5 х 10 мм).Напаянная пластина сошлифовывалась со свободной Стороны до толщины не более 1,5-2,0 д(0,2 - 0,24 мм), после чего к ней в том же режиме и тем же припоем припаивалась вторая корпусная деталь из сплаваБрХ 0,8.При механических испытаниях изготовленных таким образом паяных крестообразных образцов они разрушались уже по шву, прочность которого составила 20-25 МПа.Использование предлагаемого способа изготовления составного паяного образца по сравнению с существующими способами обеспечивает следующие преимущества: возможность определения действительной прочности собственно паяного шва в соединениях, где прочность одного из соединяемых материалов ниже прочности паяного шва, что позволяет более обоснованно рассчитать работоспособность паяных соединений; возможность определения прочности паяных соединений труднодеформируемых, хрупких и труднообрабатываемых материалов высокой твердости с их минимальным расходом и трудоемкостью изготовления; значительное (в десятки раз) снижение расходов драгметаллов, их сплавов и других дорогих и дефицитных материалов при определении прочности их паяных соединений с другими материалами. Предлагаемый способ может найти применение в отраслях промышленности, где используется пайка разнородных материалов (машино- и приборостроение, ювелир ная промышленность, пайка твердосплавного инсТрумента, пайка керамики, графита, медно-.графита, палуггроводников с металлами и т.п.),,Составитель Р.Ковалевскийедактор Л.Веселовская Техред М,Моргентал Корректор П,Гереш Заказ 2885 , Тираж . ПодписноеВНИИПЙ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5101 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,формул а и зо бр етен и я Способ изготовления образца для исследования механических свойств паяных соединений разнородных материалов, включающий пайку-образца из трех деталей с введением припоя между нйми, от л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью исследования химических свойств паяного шва, прочность : которого выше прочности одного из паяемых материалов, снижения трудоемкости и стоимости исследований, к одной иэ деталей, выполненной из более прочного материала, припаивают сначала деталь иэ менеь прочного, хрупкого или труднодеформируе мого материала, обрабатывают ее до толщины не более двойной глубины взаимодействия припоя с данным материалом и припайвают к месту обработки вторую деталь иэ более прочного материала.10