Припой для пайки сплавов на основе тугоплавких металлов

 

Использование: пайка сплавов на основе ниобия и других тугоплавких металлов. Сущность изобретения: припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 27,0-33,0, ванадий 9,0- 26,0, титан - остальное. 1 табл. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 35/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О (: (21) 4882689/08 (22) 16.11,90 (46) 23.09,92. Бюл, № 35 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет", Научно-исследовательский институт технологии машиностроения и Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" (72) В,M.ÌàøêoBà, Е.Е.Елкина, Н.Н,Малюкова, Ю,Н.Калинин, Л,А.Кожевникова, М.Г.Глазунов, А.П.Кашинкин, В.Ф,Квасницкий, С.М.Самохин, Е.П,Карпухин и Ю,Н.Косырев (56) Гришин Л.В. Пайка сплавов на основе ниобия. "Сварочное производство", ¹ 1, 1973.

Патент США ¹ 3740830, кл, В 23 К

31/02, 1973.

Изобретение относится к составам сплавов, содержащим редкие металлы, такие как цирконий, титан, ванадий и может быть использовано в качестве припоя для пайки сплавов на основе ниобия и других тугоплавких металлов.

В практике пайки тугоплавких металлов и сплавов на их основе известен припой на основетитана, который содержит27% ванадия, 9% ниобия (% по массе) и имееттемпературу плавления 1590 С. Основным недостатком данного припоя является высокая температура плавления (1590 С), а, следовательно, и высокая температура пайки, что отрицательно сказывается на свойствах паяемого материала. Дисперсионнотвердеющие сплавы на основе ниобия и молибдена, для пайки которых используется припой заявляемого состава, в исходном состоянии Ы2 1763135 А1 (54) ПРИПОЙ ДЛЯ ПАЙКИ СПЛАВОВ НА

ОСНОВЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ (57) Использование: пайка сплавов на основе ниобия и других тугоплавких металлов.

Сущность изобретения: припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 27,0-33,0, ванадий 9,026,0, титан — остальное, 1 табл, обладают достаточно высоким сопротивлением хрупкому разрушению, что гарантирует их жаропрочность и высокую надежность в условиях возрастания удельных нагрузок, Технологические операции, в частности пайка, связанные с высокотемпературным нагревом, приводят к резкому снижению сопротивления ударному разрушению таких сплавов, Снижение конструкционной вязкости сплавов после пайки является результатом глубоких структурных и фазовых изменений при термическом цикле нагревохлаждение, Указанные изменения в свойствах происходят в результате процесса старения (распад перенасыщенного твердого раствора) дисперсионнотвердеющего сплава. После нагрева до высокой температуры (>1550 С) в структуре сплава наблюдаются множественные выделения

1763135

30

40

50

45,0

24,0 остальное

27,0 метастабильных карбидов МегС и МезС по границам зерен и в их объеме, что приводит к резкому охрупчиванию сплавов.

Для устранения эффекта охрупчивания паяного соединения, который возникает при пайке сплавов припоями, имеющими температуру плавления порядка 1550 С и выше, необходима дополнительная термическая обработка такого соединения, что существенно затруднено всвязи со сложностью конфигураций йаяемых изделий. Кроме того, дополнительная термообработка существенно снижает производительность и экономичность процесса пайки, Из аналогов, представленных в патентной и технической литературе, наиболее близким к заявляемому объекту по составу является припой, содержащий, (мас. ):

36,0-54,0 циркония, 21,0-42,0 титана, 15,033,0 ванадия (прототип, патент США М

3740830, кл. В 23 К 31/02, опублик.

26.06.73).

Данный припой применяется для металлизации и последующей пайки изделий из керамики в однородном сочетании или с тугоплавкими металлами.

Существенным недостатком припояпрототипа являются его высокая хрупкость, плохая технологичность, низкая прочность паяных соединений. Недостатки известного припоя обусловлены выделением в его матрице интерметаллида ZrVz, а также интерметаллидов Ег(ЧМЬ) и ZrMOz в металле шва соединений сплавов на осное ниобия и молибдена. Указанные интерметаллиды относятся к фазам Лавеса, охрупчивающим припой и паяные соединения. Вследствие высокой хрупкости данный припой используется только в виде порошка. Это является нетехнологичным, так как существенно затрудняет пайку изделий сложной конфигурации, а также способствует загрязнению шва паяного соединения примесями внедрения, что отрицательно сказывается на его прочностных и пластических характеристиках, Указанные недостатки известного припоя недопустимы при пайке высокотемпературных соединений, эксплуатирующихся в условиях теплосмен, Целью изобретения является повышение пластичности сплава, используемого в качестве припоя для пайки сплавов на основе тугоплавких металлов, при обеспечении температуры его плавления в интервале

1400-1500 С.

Для достижения указанной цели компоненты припоя берутся в следующих соотношениях, мас, /: цирконий 27,0-33,0 ванадий 9,0-26,0 титан остальное

Состав заявляемого припоя обеспечивает такой уровень пластических свойств материала, который дает возможность получать его в виде фольги толщиной 100-300 мкм, Температура плавления припоя находится в пределах 1400-1490 С, что обеспечивает оптимальный температурный режим пайки сплавов на основе ниобия и молибдена без последующего отжига паяных соединений, Граничные значения компонентов заявляемого припоя выбирались исходя из требований деформируемости припойного сплава и обеспечения температуры его плавления в интервале 1400-1500 С. За пределами заявляемых концентраций возможность деформации сплава и получения из него фольги при сохранении благоприятной для пайки температуры плавления отсутствует.

Увеличение содержания ванадия свыше

26 и циркония свыше 33 (по массе) приводит к резкому ухудшению пластических характеристик припоя, тогда как снижение содержания ванадия менее 9 /о и циркония менее 27 приводит к росту температуры плавления припоя.

Заявленная совокупность признаков отвечает критерию "новизна", так как не описана в источниках информации, характеризующих уровень техники производства редких и тугоплавких металлов.

Указанная совокупность отличительных признаков соответствует критерию "существенные отличия", так как придает системе сплава новые свойства, обеспечение пластичности сплава с целью получения из него припоя в виде фольги при обеспечении температуры его плавления в интервале 14001500 С. По сравнению с прототипом, получение которого возможно только в качестве порошка, припой обладает хорошими пластическими характеристиками и имеет температуру плавления в интервале оптимальном для пайки сплавов на основе ниобия и молибдена без применения последующей термообработки, т.е. соответствует критерию "положительный эффект", Ниже приводятся примеры составов сплдвоB.

Для получения сплавов были приготовлены следующие смеси ингридиентов, содержащая каждая, мас. /: цирконий ванадий титан (прототип)

1. цирконий

1763135

27,0-33,0

9,0-26,0

41,0-64,0

Механические свойства

Состав сплава, мас. %

Температура плавления, С п.п предел прочности МПА относительное длинение, относительное с жение, Прототип цирконий — 45 ванадий - 24 титан - остальное цирконий - 27,0 ванадий - 9,0 титан - остальное цирконий - 30,0 ванадий — 17,5 титан — остал ьное цирконий — 33,0 ванадий - 26,0 титан - остальное

1324

45,0

1490

615,0

1 6,7

24,8

1430

630,0

17,5

22,7

728,0

1400

13,2

22,7 ванадий 9,0 титан остальное

2. цирконий 30,0 ванадий 17,5 титан остальное

3. цирконий 33,0 ванадий 26,0 титан остальное

4. цирконий . 26,0 ванадий 8,0 титан остальное

5. цирконий 34,0 ванадий 27,0 титан остальное

Каждую смесь выплавляли в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом пятикратным переплавом на водоохлаждаемом медном поддоне с лунками диаметром 40 мм. Затем полученные лепешки переплавляли в плоские слитки размером 100х30х16 мм, Из них изготавливали образцы для определения температуры плавления сплавов и круглые гагаринские образцы для определения механических свойств.

Температуру плавления сплавов определяли путем нагрева образцов в вакуумной печи сопротивления СШВЭ-1,25/25-42 в атмосфере гелия при помощи вольфрам-рениевой термопары по точке начала плавления.

Механические испытания проводили при температуре 20 С на круглых гагаринских образцах по ГОСТ 1497-84 на машине

2ДМ-10 со скоростью движения захватов

100 мм/мин.

В таблице приведены температуры плавления и механические свойства при

20 С разработанных титановых сплавов и сплава, принятого за прототип (что подтверждено актом испытаний сплавов).

Из приведенных результатов следует, что нижний предел концентрации ванадия в

5 припое ограничен требованием к температуре плавления припоя, которая должна быть не более 1500 С во избежание последующей термообработки шва. Верхний предел концентрации ванадия выбран исходя

10 иэ требований к деформируемости сплава с целью получения фольги.

Концентрация циркония определена из условий обеспечения необходимой температуры плавления и деформируемости при15 поя и изменяется в узких пределах.

В целом область заявляемых припайных сплавов характеризуется существенными отличиями свойств, узким интервалом концентраций, не является теоретически

20 прогноэируемой и установлена впервые, В пределах заявляемых концентраций припой приобретает новые качества, обеспечивающие снижение трудоемкости и себестоимости полученных паяных изделий эа

25 счет применения его в виде фольги.

Формула изобретения

Припой для пайки сплавов на основе тугоплавких металлов, содержащий цирко30 ний, ванадий и титан, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности припоя и обеспечения температуры плавления припоя в интервале 1400-1500 С, он содержит компоненты в следующем

35 соотношении, мас./: цирконий ванадий титан

1763135

Продолжение таблицы

Составитель В.Машкова

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор О.Стенина

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

Заказ 3413 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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