Способ определения минимальной температуры диффузионной сварки

 

Использование: в приборостроении и других отраслях промышленности для соединения материалов диффузионной сваркой . Сущность изобретения: металлическую заготовку подвергают отжигу до прекращения приращения частоты собственных колебаний . Затем из нее чистовым резанием на режимах, соответствующих стабилизации частоты собственных колебаний, изготавливают образец. Нагревают его до температуры , равной 0,25 температуры плавления материала образца, осуществляют изотермическую выдержку для выравнивания температуры по всему объему образца. Затем образец охлаждают со скоростью, соответствующей стабилизации внутренних напряжений , до комнатной температуры, замеряют частоту собственных колебаний и повторяют указанный цикл а минимальную температуру определяют по началу приращения частоты собственных колебаний. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

В 23 К 20/14 (51) 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4772325/08 (22) 20.12.89 (46) 15.09.92. Бюл. М 34 (75) П,К.Янышев (56) Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов и неметаллических материалов, Сборник научных трудов V Межвузовской научно-технической конференции.

М„ ПНИЛДСВ,.стр, 232 — 238, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН ЛЯ МИНИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ДИФФУЗИОННОЙ

СВАРКИ (57) Использование: в приборостроении и других отраслях промышленности для соединения материалов диффузионной сваркой. Сущность изобретения; металлическую заготовку подвергают отжигу до прекращеИзобретение относится к процессам диффузии, которые лежат в основе многих превращений, например к диффузионной сварке. Наиболее аффективно оно может быть использовано в микрооднородных заготовках конструкционных материалов, в которых пластические внутренние напряжения (ВН) отсутствуют, à упругие ВН распределены равномерно по объему тела.

В твердом теле диффундируют как находящиеся в них частицы посторонних веществ, так и собственные частицы— собственная диффузия, Известно, что диффузия частиц в реальном твердом теле может возникать при наличии градиентов концентрации вещества, напряжений или температуры, которые обусловлены преимущественно дефектами структуры, например, типа атом внедрения, вакансия. Диффузия возможна лишь при условии, что диффундирующий атом имеет до„„ S„„1761412 А1 ния приращения частоты собственных колебаний, Затем из нее чистовым резанием на режимах, соответствующих стабилизации частоты собственных колебаний, изготавливают образец. Нагревают его до температуры, равной 0,25 температуры плавления материала образца, осуществляют изотермическую выдержку для выравнивания температуры по всему объему образца. Затем образец охлаждают со скоростью, соответствующей стабилизации внутренних напряжений, до комнатной температуры, замеряют частоту собственных колебаний и повторяют указанный цикл. а минимальную температуру определяют по началу приращения частоты собственных колебаний. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил. статочныи запас энергии для миграции, например, в кристаллической решетке. Поэтому для перемещения в кристаллической решетке атом должен быть активирован.

Энергия активации диффузии частиц (атомов) определяется величиной энергетического барьера, зависящего от сил связи между атомами и создается приращением температуры нагрева тела.

В реальном твердом теле из-за наличия дефектов структуры диффузия происходит постепенно и непрерывно при любых условиях. Дефектные атомы перемещаются скачками, что обуславливает большое рассеивание параметров тела. Так, температура диффузионной сварки, которая определена опытным путем и статистической обработкой данных, находится в пределах — 0,53 — 0,86 и даже шире.

Тсв

ПП

1761412

Наиболее близким к предлагаемому является способ определенля температуры диффузионной сварки, заключающийся в том, что опытным путем устанавливается приближенная расчетно-графическая связь между температурой нагрева и диффузией.

Недостатком ега является большая погрешность определяемой температуры и трудоемкость, обусловленная изготовлением большого количества образцов их испытанием и статической обработкой данных.

Цель изобретения — повышение точности и уменьшение трудоемкости определения минимальной температуры активации диффузионной сварки.

Поставленная цель достигается тем, что заготовку контралируемога материала подвергают стабилизирующей обработке до прекращения приращения контролируемого параметра частоты собственных колебаний, лзготовляют образец из нее резанием з чистовом режиме, соответствующем взаимной компенсации дефектов структуры поверхностнога слоя от теплового и силового воздействия процесса резания, нагревают его до температуры, равной 0,25 температуры плавления материала образца и осуществляют изотермическую выдержку до полного выравнивания температуры по всему обьему образца, затем охлаждают его да комнатной температуры с ограниченной скоростью, которая исключает образование новых дефектов структуры и измеряют частоту собственных колебаний образца, повторяют указанный цикл в нескольких точках при повышении температуры, а минимальную температуру определяют по началу приращения частоты собственных колебаний образца. Для дальнейшего ограничения рассеивания минимальной температуры активации диффузионной сварки уменьшают в контролируемом материале также упругие ВН, путем отбора материала по константе — температурному коэффициенту электросоп рати вления, Режим термообработки заготовок контролируемога материала для полного удален ия пластических В Н опредeëÿ þò, например, по авт,cB, N. 230848, Сущность его заключается в том, что определяют температуру нагрева при определенной выдержке (2 ч), которой задаются, дающей максимальное приращение контролируемо о параметра, например, частоты собственных колебаний образца. При этом максимальную скорость охлаждения тела, которая не вызывает образования новых

ВН, определяют опытным путем. Берут несколько стабильных заготовок материала, которые представляют собой линейные си5

55 стемы, медленно нагревают V< 110 С/ч до температуры стабилизирующего отжига и охлаждают с различной скоростью. Микимальная скорость, вызывающая образование ВН, характеризует искомую, которую контролируют по переходу тела в нелинейную систему.

Температура, до которой при охлаждении тела контролируют скорость, определяется следующим образом. Берут несколько стабильных заготовок материала, нагревают их до различных температур, ниже температуры отжига и быстро охлаждают на воздухе. По минимальной температуре, при которой образовались ВН, устанавливают искомую температуру, Отсутствие пластических ВН превращаеттело в линейную систему, что позволяет контролировать его по линейной зависимости, воздействие — отклик. Ограничение упругих ВН осуществляют путем выбора оптимальной скорости кристаллизации материала, а контролируют по константе, например, по температурному коэффициенту электросопративления

Ql< 10 1/К (см, табл,1). Данные получены после удаления пластических ВН и ограничения упругих ВН.

Откуда следует, что можно принять для металлов ак = 4,2 10 1/К = comst, а по рассе-з иванию его судить о величине и знаке упругих ВН в металле. Обработка резанием сопровождается силовым и тепловым воздействием на поверхностный слой металла.

Чтобы обеспечить их взаимную компенсацию подбирают, например, параметры режима чистовой обработки стержня, которые не дают приращения частоты продольных собственных колебаний. Так, для Cm 40Х13 они составили: V = 4б м/мин, t = 0,12 мм/cm, S = 0,09 мм/об. Резец упрачнен пластинкой из Т15Кб, без охлаждения.

Предварительный нагрев образца производят до 0,025 Тлл (температуры плавления) для ограничения числа ступеней нагрева, которая определена опытным путем для металлов и сплавов. Выдержка для выравнивания температуры па всему объему образца определяется по прекращению приращения его частоты собственных колебаний. Для металлов и сплавов она составляет около 70 мин. Измерение частоть собственных колебаний при одинаковых комнатной температуре и давлении ограничивают погрешность.

На фиг.1 изображена зависимость частоты продольных собственных колебаний стержневой заготовкой из проката Cm 40Х

g 10/120 мм от температуры, которая характеризует неоднородность материала; нэ

1761412

Таблица

Таблица 2 фиг.2 — зависимость частоты и родол ьн ых собственных колебаний той же заготовки после дополнительной стабилизации, В пределах интервала приращения температуры (аб) и соответственно энергии ак- 5 тивации диффузия частиц не происходит, по этому приращение частоты равно нулю. Физический смысл характеристики в интервале температур (бв) объясняется тем, что процесс диффузии частиц в упорядоченном 10 теле увеличивает его объем при образовании сжимающих ВН (фиг.З). При этом увеличивается длина стержня (I) и соответственно уменьшается частота собственных колебаний, 15

F — /Е

Р где Š— модуль упругости материала;

p — плотность. 20

В случае образования растягивающих ВН получим положительное приращение частоты (бе);

Пример. использованы заготовки проката из Ст40Х13,c10/120 мм в исходном 25 состоянии и в стабилизированном отжигом при Т = 550 С, t = 170 мин, V„„g90 С/ч. Одна из них отобрана по температурному коэффициенту электросопротивления ак = 4,2»

«10 1/К = сопзт. Выполнено измерение ча- 30 стоты собственных колебаний заготовки, стабилизированной и отобранной по константе до и после нагрева, при Т = 24 С.

Результаты приведены в табл, 2, 35

Приращение частоты Л f определено по формуле = т2 т1, где f1 — частота собственных колебаний заготовки в исходном состоянии, 40

f2 — то же, после воздействия нагрева.

Искомая температура То = 408 С, что согласуется с практикой. Так, проект кода ISO устанавливает конечную температуру регулируемого охлаждения сосудов давления с печью 400 С, так как ниже этой температуры диффузия и ра ктически не и роте кает.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности определения минимальной температуры активации диффузии, например, диффузионной сварки, а также уменьшение трудоемкости определения минимальной температуры активации диффузионной сварки, Формула изобретения

1, Способ определения минимальной температуры диффузионной сварки, при котором заготовку предварительно нагревают, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения трудоемкости, металлическую заготовку подвергают отжигу до прекращения приращения частоты собственных колебаний, затем из нее чистовым резанием на режимах, соответствующих стабилизации частоты собственных колебаний, изготавливают образец, нагревают его до температуры, равной 0,25 температуры плавления материала образца, осуществляют изотермическую выдержку для выравнивания температуры по всему объему образца, охлаждают его со скоростью, соответствующей стабилизации внутренних напряжений, до комнатной температуры, замеряют частоту собственных колебаний и повторяют указанный цикл в нескольких точках образца, а минимальную температуру определяют по началу приращения частоты собственных колебаний.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал заготовки подбирают по температурному коэффициенту электросопротивления.

1761412

Составитель А,Лаврищев

Редактор H,Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 3216 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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