Способ изготовления образца для исследования механических свойств паяных соединений разнородных материалов

 

Сущность изобретения: к одной из корпусных деталей припаивают сначала элемент из более хрупкого, труднообрабатываемого материала толщиной не менее, чем в 3 раза превышающей глубину взаимодействия припоя с данным материалом, затем обрабатывают этот элемент до толщины не более двойной глубины взаимодействия и припаивают к нему со свободной стороны тем же припоем и в том же режиме вторую корпусную деталь, после чего образец поступает на испытание. 3 ил. о W ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5U,, 1755095 А1 (я)з 6 01 N 1/00, В 23 К 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1

Изобретение относится к исследованию . когда она существенйо выше прочйости хо.. физико-механических свойств неразьемных тя бы одного иэ соединяемых материалов. В соединений, а именно к способу изготовле- . этом случае при испытаниях, как правило, ния образца для исследования механиче- разрушается менее прочная деталь, не поских свойств паяных соединений зволяя оценить действительную прочность разнородных материалов с резко различны- .паяного соединения. Кроме того, изготовле.ми свойствами, ние подобных образцов из дорогих, дефиИзвестны способы изготовления образ- цитных и труднообрабатываемых цов для исследования механических. материалов(драгметаллы иихсплавы, кремсвойств паяных соединений, в которых сое- ний, германий,твердые сплавы и т,п.) эконодиняются (спаиваются) отдельные детали, .:мически нецелесообразно, изготовленные из различных «л териалов. Указанные недостатки менее выражены . Недостатком известных способов иэго-:" при изготовлении после пайки в цилиндритовления таких образцов является невбз-":." ческом стыковом образце Ч-образной проможно сть обе с и ечить on ределение точки в зоне паяного шва, уменьшающей его прочности непосредственно паяного щва, . йагружаемоесечение. (21) 4718836/08 (22) 14.07,89 (46) 15.08.92. Бюл, М 30 (72) P.Е. Ковалевский, В.Н. Крысанова и Е.Г.

Лисеева (56) Соединения паяные. Методы испытаний на растяжение. ГОСТ 23047-78.

Recherch сГun tyne d essal caracterisant

la fragilite des brasures. Collogue "Вгазаце

hout temperature", ог9ап1зе par I. Instltut

International de soudure à copenhague le 6

J uillet 1977.

Труды конференции по электронной технике, МЭП СССР, ЦНИИПЭИИИН, 1966, с.153,166.

Пайка. Методы выявления и определения толщины прослойки химического соединения, ГОСТ 21548-76.

Пайка. Методы определения эрозии паяемого материала. ГОСТ 21549-76...2 (54) СПОСОБ ЙЗГОТОВЛЕЙИЯ ОБРАЗЦА

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙCTB ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Сущность изобретения: к одной из корпусных деталей припаивают сначала элемент из более хрупкого, труднообрабатываемого материала толщиной не менее, чем в 3 раза превышающей глубину взаимодействия припоя с данным материалом, затем обрабатывают этот элемент до толщины не более двойной глубины"взаимодействия и припаивают к нему со свободной стороны тем же припоем и в том же режиме вторую корпусную деталь, после чего образец по- ., ступает на испытание. 3 ил. Ф

1755095

Изготовленный таким способом образец при растяжении действительно разрушается чаще всего пд шву, но необходимость механической обработки образца после пайки, наличие концентратора напряжений, усложняющего характер напряжений в паяном соединении, и невозможность выдержать размеры просрочек и их расположение по центру 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 йаяных соединений. разнородных материалов, включающий пайку образца из трех деталей с введением припоя между ними.

Согласно этому способу один из паяемых материалов (металл) впаивают в виде прокладки толщиной 0,3-2,0 мм между двумя корпусными деталями из менее прочного материала — керамики. Прокладку до пайки обрабатывают на требуемую толщину, затем собирают узел, помещая между керамическими деталями прокладку и припой между прокладкой и корпусными деталями.

Пайку обоих швов осуществляют одновременно. Изготовленный двухшовйый образец используется для испытания паяных соединений на изгиб.

Недостатком такого способа является то, что при испытании изготовленных таким образом образцов разрушение по паяному шву, следовательно, и определение прочности паяного шва достигается лишь в случае, когда прочность паяемых материалов выше прочности паяного шва. При другом соотношении свойств паяемых материалов прочность паяемого соединения оценить не удается, если материал прокладКи не провзаимодействовал с припоем на see толщину. В паяных соединениях ширина зоны взаимодействия припоя с основным материалом является величиной порядка 0,050,1 мм. Прокладка из более слабого материала толщиной, обеспечивающей взаимодействие с припоем на всю ее величину, реально выполнима только из достаточно пластичных металлов и сплавов. Изготовление прокладок такой толщины из хрупких или труднообрабатываемых материалов является сложным и дорогостоящим.

Цель изобретения — разработка способа изготовления образца, обеспечивающего исследование свойств пэяного шва, прочность которого выше прочности одного из паяемых материалов, снижения трудоемкости и стоимости исследований, 10

20

3Î риала

40

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 иэ более прочного матерйала, припаивают сначала деталь из менее прочного, хрупкого или 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.

По предлагаемому способу иэготовления образца к одной иэ корпусных деталей, выполненной иэ более прочного в исследуемом соединении материала, припаивают сначала деталь из хрупкого или труднообрабатываемого материала, имеющую толщину, не менее чем в три раза превышающую предварительно определяемую глубину взаимодействия припоя с данным материалом, затем обрабатывают деталь до толщины не 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 матеВыбор исходной толщины промежуточной детали, превышающей трехкратную глубину(д) взаимодействия припоя с паяемым материалом, связан с тем, что предварительное изготовление ее требуемой (двукратной) толщины из хрупких и труднообрабатываемых материалов часто является проблематичным, поэтому ее изготавливают большей толщины. После того, 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 взаимодействия 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

1755095 паяемых материалов (диффузионные, типа твердого раствора или химических соедине-. ний).

На фиг.1 и фиг,2 представлена схематически последовательность изготовления со- 5 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. 3атем 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 паяноПример. С помощью предлагаемого 55 способа изготовления данного образца была исследована прочность паяного шва в соединении композиционного медно-гра-фитового материала МГ9 с жаропрочным

ro шва, соединяющего материалы с различ- 50 ными физико-механическими свойствами, особенно когда один из материалов слабее другого материала и собственно паяного шва. сплавом БрХ 0,8, Иэ-за низкой прочности (10-15 МПа) медно-графит МГ9 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 ПМГр5 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

МГ9 активным припоем Г(йГр5 системь медь-германий-галлий — хром; Далее и роводилась 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 сплава БрХ 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.).

1755095

Составитель P.Êîâàëåâñêèé

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор П.Гереши

Ю

Редактор Л.Веселовская. Заказ 2885 . Тираж Подписное

ВНИИПЙ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

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 ающи и 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 иэ более прочного материала, припаивают сначала деталь иэ менее прочного, хрупкого или труднодеформируе5 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.