Порошковый материал для диффузионной сварки коррозионностойких сталей с графитом

 

Изобретение относится к сварке, в частности к составу порошкового материала для диффузионной сварки коррозионностойких сталей с графитом. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и качества соединения за счет низкого модуля упругости материала шва. Порошковый материал имеет следующий состав, мас.%: порошок нержавеющей стали 40-70, порошок двууглекислого аммония 1-6, порошок никеля - остальное. Сварка проводилась в вакуумной печи при 1200°С и выдержке 30 мин при толщине порошкового материала 0,8-1,2 мм. Давление сжатия обеспечивалось массой стального образца и составляло 0,004 МПа. Пористость материала 42-54 %, при этом модуль нормальной упругости 4,5-11,5 ГПа. Прочность свар ного соединения 5,7-8,1 МПа. Порошки на сое; диняемую поверхность можно наносить в виде пасты на органической связи. Порошковый материал был использован при сварке стальной обоймы с графитовым уплотнителем . 3 табл. W ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s В 23 К 35 32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4620041/27 (22) 13.12.88 (46) 23.03.91. Бюл. йв 11 (71) Уральский лесотехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А.Н.Поморцев и В.Л.Проуторов (53) 621.791.04(088.8) (56) Патент Японии М 16274, кл. В 23 К 35/32, 13.09.61. (54) ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ,. ДЛЯ

ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ СТАЛЕЙ С ГРАФИТОМ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к составу порошкового материала для диффузионной сварки коррозионностойких сталей с графитом. Цель изобретения — повышение корроэионной стойкости и качества соединения эа счет низкого модуля

Изобретение относится к сварке, в частности к составу порошкового материала для диффузионной сварки коррозионно-стойких сталей с углеграфитовыми материалами, и может быть использовано при получении графитометаллических конструкций в машиностроении, электротехнике, химической промышленности, металлургии.

Цель изобретения — повышение корроэионной стойкости и качества соединения эа счет низкого модуля упругости материала шва.

Порошковый материал имеет следующий состав, мас. :

Порошок нержавеющей стали 40-70

Порошок двууглекислого аммония 1-6

Порошок никеля Остальное

„„5Q„„1636160 А1 упругости материала шва. Порошковый материал имеет следующий состав, мас. . ïîрошок нержавеющей стали 40 — 70, порошок двууглекислого аммония 1 — 6, порошок никеля — остальное. Сварка проводилась в вакуумной печи при 1200 С и выдержке 30 мин при толщине порошкового материала

0,8 — 1,2 мм. Давление сжатия обеспечивалось массой стального образца и составляло 0,004 МПа. Пористость материала

42-54 5, при этом модуль нормальной упругости 4,5 — 11,5 ГПа. Прочность сварного соединения 5,7-8,1 МПа, Порошки на соединяемую поверхность можно наносить в виде пасты на органической связи. Порошковый материал был использован при сварке стальной обоймы с графитовым уплотнителем. 3 табл.

Порошок нержавеющей стали обеспечивает высокую прочность соединения материала шва с поверхностью графита благодаря контактному эвтектическому плавлению и кристаллизации при растворении никеля. Он имеет коррозионную стойкость.

Никель обладает хорошей спекаемостью с нержавеющей сталью, являясь элементом-графитизатором углерода, тормозит образование карбидных фаз и способствует формированию пластичного материала шва

Кроме того, никель с железом образуют сплавы инварного класса с низким температурным коэффициентом линейного расширения.

Двууглекислый аммоний вводят в состав как порообразователь для снижения модуля упругости. Он имеет низкую температуру возгонки. Выдержка при 100 С в те1636160

10

30

55 чение 30 мин приводит к полному удалению порообразователя иэ шва, Двууглекислый аммоний разлагается без твердых остатков на углекислый газ и аммиак, Предельные концентрации основных компонентов(никеля и нержавеющей стали) установлены для обеспечения минимального температурного коэффициента линейного расширения и достаточно широкого температурного интервала плавления порошкового материала, Составы с запредельной концентрацией основных компонентов имеют температурный коэффициент линейного расширения на 20-40 выше, чем с оптимальной концентрацией. Снижение температурного коэффициента линейного расширения материала шва способствует снижению остаточных напряжений на границе графит — припой, уменьшает вероятность образования микродефектов в графите, увеличивает прочность соединения и его стойкость к циклическому нагружению.

Оптимальные концентрации основных компонентов обеспечивают также достаточно широкий температурный интервал плавления порошкового состава на графите, который составляет 1180-1290 С. При увеличении содержания порошка нержавеющей стали в композиции происходит снижение верхней температуры интервала плавления, а при увеличении содержания никеля — повышение нижней.

Составы материала даны в табл,1.

Для приготовления материала используют порошок электролитического никеля, порошок нержавеющей стали и порошок двууглекислого аммония, Фракция порошков — менее 50 мкм. Смесь порошков засыпают в кварцевые трубки с внутренним диаметром 5 мм и уплотняют встряхиванием, Для удаления порообразователя (двууглекислого аммония) образцы выдерживают в сушильном шкафу при 100 С в течение 1 ч. Спекание образцов проводят в вакуумной печи СШВЛ при 1200 С в течение 30 мин.

После механической обработки торцовых поверхностей размеры образцов составляют: диаметр 5 - 0,1 мм, длина 50 + 0,1 мм.

Температурный коэффициент линейного расширения полученного материала измеряют на кварцевом дилатомере. Измерения проводят в интервале температур

20-700 С с фиксированием величины температурного коэффициента через 100 С.

Результаты измерений даны в табл.2.

Оптимальную концентрацию двууглекислого аммония выбирают для обеспечения минимального модуля упругости материала шва и достаточной его прочности, Содержание двууглекислого аммония менее 1 мас. приводит к нежелательному увеличению модуля упругости до 10-30 ГПа, а при содержании порообразователя более

6 мгс. происходит снижение прочности порошкового материала шва ниже допустимой величины.

Испытания на коррозионную стойкость проводят в среде насыщенного водяного пара при комнатной температуре в течение 60 сут, Свойства сварного соединения даны в табл,3.

Для соединений используют поликристаллический графит марки ГМЗП и коррозионно-стойкую сталь марки 04Õ18Í10.

Цилиндрические образцы, изготовленные для испытаний на растяжение с диаметром рабочей части 10 мм, соединяют по торцовой поверхности. В зазор между соединяемыми поверхностями помещают порошковый состав толщиной 0,8-1,2 мм, Образцы устанавливают вертикально в кассете. Давление сжатия обеспечивается массой стального образца и составляет 0,004 МПа.

Кассету помещают в рабочую камеру вакуумной печи типа СШ ВЛ и проводят нагрев до 1200 C,oáåñïå÷èBàÿ выдержку при этой температуре в течение 3 мин. Изменяя концентрацию порообразователя, толщину порошкового материала в шве и режимы процесса, можно регулировать величину остаточных напряжений в соединении, обеспечивать равнопрочность соединения с графитом и высокую его устойчивость к термоциклированию и знакопеременным нагрузкам, Сварку можно проводить в печах с восстановительной атмосферой или вакуумных печах. Порошки на поверхность соединяемых деталей можно наносить в виде пасты на органической связке, что значительно облегчает сборку изделия. Перед нанесением порошкового состава не требуется специальная чистовая обработка соединяемых поверхностей, поскольку порошок или паста легко заполняют все неровности.

Образцы порошковых составов, содержащие 40, 50, 60 и 70 мас. нержавеющей стали, имеют величину температурного коэффициента линейного расширения на

20-40 ниже, чем у образцов, содержащих 30 и 80 нержавеющей стали, Предлагаемый порошковый материал используют при приготовлении графитометаллических торцовых уплотнителей, состоящих из стальной обоймы и графитовых уплотнительных колец. Это позволяет увеличить ресурс работы уплотнительных ко1636160 лец в 2.5 — 3 раза и повысить надежность эксплуатации в условиях циклических нагрузок.

Формула изобретения

Порошковый материал для диффузионной сварки корроэионно-стойких сталей с графитом, содержащий порошок нержавеющей стали, отл ич а ю щи йс ятем, что,с целью повышения корроэионной стойкости и качества соединений эа счет низкого модуля упругости материала шва, он до.; попнительно содержит порошок никеля и порошок двууглекислого аммония при следующем соотношении компонентов.

5 мас. :

Порошок нержавеющей стали 40-70

Порошок двууглекислого аммония

10 Порошок никеля

1 — 6

Остальное

Таблица 1

Таблица 2

Температурный коэффициент линейного расширения, х 10, град, для интерOC

Исходный состав порошкового мате нала мас. валов темпера

20-700

20-600

20-100 20-200

Нержаве- Двууглекнщая кислый сталь аммоний

20-300

Никель

Остальное

ЗО

ЗО

50 .

11,5

1 1,2

9,4

8,6

10.2

8.1

9,1

9.0

13,1

13,0

11,1

10.5

10,8

10.1

11,7

1 1.8

14,0

14,1

12.1

10.8

11,1

11,4

12,4

12,5

14,4

14,3

13,0

1 1,4

1 1,&

12,4

14,1

14.0

14,5

14,7

13,0

12,0

12,3

13,2

14,2

14,1

14,9

15,0

13,6

12,1

13,0

14,1

15,5

15.4

15.5

15,4

14,9

13.6

14,3

15.1

16,8

16.7

1636160

Таблица 3

Максимальная разрушающая нагрузка, Н

Температура начала контактного плавления, ОС

Температура полного расплавления прпоя, С

Припой

Временное соп ротивление, МПа

Место разрушения

1190

1275

620

7,9

500

Не разрушился

То же

1290

628

447

298

8,0

5,7

3,8

1205

1180

1230

400

5,1

132

1190

636

1275

8,1

500

1210

1295

643

290

8,2

3,7

1180

1220

126

1,6

Составитель Л. Абросимова

Редактор М, Бланар Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Заказ 782 Тираж 512 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Количество циклов нагружен ия напряжением 3МПа до разрушения образа

По графиту вблизи шва

По материалу шва

Не разрушился

То же

По материалу шва

По графиту вблизи шва