Способ соединения титана со сталью

 

Использование: для соединения титана со сталью методом высокотемпературной реакционной пайки. Существо способа состоит в том, что при сборке пакета из нержавеющей стали и титановых сплавов используют промежуточную прослойку из никель-фосфористого припоя. Осуществляют нагрев пакета в вакууме под давлением. В результате чего в зоне пайки появляется жидкая фаза, твердеющая в результате диффузии никеля и фосфора в титан при постоянной температуре. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЯЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 20/00

ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756291 /27 (22) 04,11.89 (46) 15.09.92. Бюл. N 34 (71) Самарский авиационный институт им.

С.П.Королева (72) П,А,Бордэков, M.Þ.Егоров, О,В,Куприн и В,ИЛюбимов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 867572, кл. В 23 К 20/16, 1980, (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТИТАНА СО

СТАЛ Ь Ю

Изобретение относится к высокотемпературной реакционной пайке и может быть использовано для соединения титана со сталью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ соединения сваркой деталей из стали и титана, при котором между ними размещают прослойки медного сплава и ниобия. Ниобиевая прослойка устанавливается в контакте с титаном. Пакет нагревается в вакууме под давлением. Благодаря наличию меди достигается качество и коррозионная стойкость соединения, Медный сплав содержит 1617 % Си и 12 14% Ni.

Недостатки способа: недостаточная прочность соединения, обусловленная наличием перехода Ti — Nb. Значение гть такого псрехода заключается в пределах 220 — 272

МПа, значительная (до 30%) осадка свариваемого пакета.

Цель изобретения — повышение качества за счет улучшения прочности соединения и снижения степени деформации соединяемых деталей,,.„,. Ж„„1761411 Al (57) Использование: для соединения титана со сталью методом высокотемпературной реакционной пайки, Существо способа состоит в том, что при сборке пакета из нержавеющей стали и титановых сплавов используют промежуточную прослойку из никель-фосфористого припоя. Осуществляют нагрев пакета в вакууме под давлением.

B результате чего в зоне пайки появляется жидкая фаза, твердеющая в результате диффузии никеля и фосфора в титан при постоянной температуре. 1 табл.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе соединения, включающем сборку пакета деталей с промежуточной прослойкой, нагрев паке а с приложением давления в вакууме, новым явлением является то, что в качестве промежуточной прослойки применяется никельфосфористый припой.

Принципиальным отличием предлагаемого решения является то, что прослойка названного состава обеспечивает повышенную прочность в силу своих физико-механических свойств. Предлагаемый состав прослойки позволяет заменить процесс диффузионной сварки, имеющей место в прототипе, контактно-реактивной пайкой, которая не требует значительной деформации соединяемого пакета.

Контактно-реактивная пайка происходит за счет образования тройной эвтектики титан-никель-фосфор на границе титановой детали с прослойкой припоя. При достижении температуры 880 — 900 С в зоне пайки появляется жидкая фаза, которая твердеет в результате диффузии никеля и фосфора в

1761411

Партия образцов из 10 штук испытывалась на прочность. Результаты даны в таблице, Для сравнения в той же таблице приведены результаты испытаний на проч5 ность 10 образцов, изготовленных по способу-прототипу, Приведенные значения подтверждают повышенную прочность соединения предлагаемым способом.

Соединение испытывалось на термо10 стойкость при циклировании в диапазоне

20 — 500 С и выдержало без дефектов 250 циклов испытаний. Соединение по способупрототипу не более 100 циклов.

Пластическая деформация пакета в про15 цессе пайки составила 0,49 — 0,6 мм при высоте пакета 40 мм, т,е. находилась в пределах 1-1,5 .

Достоинствами, определяющими положительный эффект от предлагаемого спосо20 ба является высокая прочность и термостойкость получаемого соединения, несложная технология его осуществления.

Способ дает возможность пайки титановых сплавов с, ержавеющими сталями, нихро25 мами, при э 1м обеспечивает необходимую для работы в условиях теплосмен пластичность. Важне шее достоинство способа— отсутствие существенных деформаций соединяемых деталей. что позволяет исключить

30 дальнейшую мехобработку узла, Формула изобретения

Способ соединения титана со сталью, включающий сборку пакета составляющих с размещенной между ними промежуточной

35 прокладкой, его нагрев с приложением давления в вакууме, отличающийся тем, что, с целью повышения качества за счет увеличения прочности соединения составляющих при одновременном снижении

40 энергоемкости за счет уменьшения уровня пластической деформации пакета, в качестве промежуточной прокладки используют никель-фосфористый припой, нагрев осуществляют до 880 — 900 С, прикладывают дав45 ление 1,2 МПа и выдерживают в течение 15 мин. титановую деталь при постоянной температуре.

Для осуществления предлагаемого способа необходимо выполнить следующие предварительные операции: обезжирить стыковые поверхности обеих деталей; нанести на стальную деталь никель-фосфористый припой химическим способом, либо, если припой порошкообразный, с помощью акриловой смолы в качестве связующего. Толщина слоя припоя должна составлять 10 — 30 мкм; собрать пакет установить в вакуумную печь и нагревать до температуры 880-900 С с приложением давления 1,0 — 1,5 МПа при разрежении в камере порядка 1 10 Па, Толщина прослойки припоя выбирается из условия заполнения впадин шероховатых поверхностей деталей. Время пайки составляет 15 — 20 мин, в этом промежутке температура поддерживается постоянной.

Готовый пакет охлаждается вместе с печью.

Примером использования предлагаемого способа является пайка биметаллических переходников из стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ОТ4. Кольца из этих материалов обезжиривались ацетоном. Стыковая поверхность стального кольца смачивалась акриловей смолой, посыпалась ровным слоем припоя. Количество нанесенного припоя в этом случае зависит от размера зерен порошка и от концентрации связующего. Опытным путем добиваются получения на поверхности детали слоя припоя толщиной, равной размеру гранулы порошка и применять порошок требуемой дисперсности.

В данном примере использовался припой с содержанием фосфора 9 — 10 дисперсностью до 20 мкм, Собранный узел нагревали в вакууме до температуры пайки Т = 880-900 С, выдерживали под давлением 1,2 МПа в течение 15 мин, затем охлаждали.

Результаты испытаний (11Па) по образцам

Способ

40) 411 415 407 412 403 40 „1 405 408 403

Предлагаемый

Прототип

192 217 204 1 0 10Å 211 215 208

209

Редактор

Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

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

Заказ 3216 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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