Способ соединения хрома с никелем и никелевыми сплавами

 

Использование: при получении соединений хрома с никелем и никелевыми сплавами . Сущность изобретения: способ включает размещение между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки из алюминия, нагрев, сдавливание, изотермическую выдержку и охлаждение, причем в качестве составляющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной 0,1-2 мкм, а изотермическую выдержку проводят при 1100 - 1250°С в течение 20 - 60 мин.

1779512 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 B.23 К 20/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ --..."-, "/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (57) Использование: при получении соединений хрома с никелем и никелевыми сплавами, Сущность изобретения,способ включает размещение между соариваемыми поверхностями Промежуточной прокладки из алюминия, нагрев, сдавливание, иэотермическую выдержку и охлаждение, причем в качестве составляющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной 0,1 — 2 мкм, а иэотермическую выдержку проводят при 1100 — 1250 С в течение 20- 60 мин. (21) 4824033/27 (22) 08.05.90 (46) 07.12.92. Бюл. ¹ 45 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (72) А.В;Сергеев, Е.И.Разуваев, B.È.Áåëÿков, Г.А.Григорьев, Т,А,Лямперт и А.П,Сысоев (56) Заявка ¹ 57-202963, кл. В 23 К 20/02, заявл. 1981. (54) .СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА С НИКЕЛЕМ И НИКЕЛЕВЫМИ СПЛАВАМИ

Изобретение относится к сварке, в частности к диффузионной сварке в вакууме, и может быть использовано в авиационной, машиностроительных, химической и других отраслях промышленности, Известен способ соединения металлических материалов, по которому используют промежуточную прокладку с экэотермическим эффектом. По этому способу соединяемые материал ы с и ромежуточ ной прокладкой нагревают, сдавливают, проводят изотермическую выдержку и охлаждают.

Недостатком способа является образование в контакте соединяемых материалов интерметаллидов, не являющихся барьером для диффузионного взаимодействия, в результате чего при длительной эксплуатации снижается жаропрочность соединения.

Наиболее близким техническим реше, нием к изобретению является способ соединения никеля и хромосодержащих сплавов через йрослойку из ал юминия, По этому способу между соединяемыми материалами помещают прослойку алюминия толщиной от нескольких микрон до 100 мкм. Соединяемые материалы с прослойкой нагревают до температуры 700 — 1000 С, сдавливают, проводят изотермическую выдержку в течение 8 ч и охлаждают, Недостатком способа является высокая скорость взаимодиффузии соединяемых материалов, в результате чего при длительной эксплуатации при повышенных температурах снижается жаропрочность соединения, Целью изобретения является повышение качества соединения за счет увеличения длительной жаропрочности при повышенных температурах и снижения энергоемкости процесса соединения хрома с никелем и никелевыми сплавами, Поставленная цель достигается тем, что в качестве составляющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной 0,1. — 2 мкм, а иэотермическую выдержку проводят при 1100 — 1250 С в течение 20 — 60 мин.

В результате взаимодействия окисной пленки на хроме с алюминием идет выделс ние. тепла, интенсифицирующего соединения материалов. Взаимодействие идет по реакции; Сг20э+.2AI = A40z+ 2Cr. Образующаяся окись алюминия является диффузионным барьером, препятствующим

1779512 взаимодиффузии соединяемых материалов.

Выделяющийся хром в активном состоянии прочно соединяется с окисью алюминия и поверхностями сплава хрома и никелевого сплава. Избыточный алюминий взаимодействует с никелем жаропрочного сплава и образует интерметаллид NigAI, дополнительно упрочняющий соединение.

При толщине окисного слоя хрома больше верхнего предела, т,е. более 2 мкм, образуется прослойка металлокерамики Сг—

AIzOa критической толщины и неоднородного состава, поэтому разрушение сваренного изделия происходит по металлокерамике, длительная жаропрочность ниже, чем изготовленных деталей по способу, принятому за прототип (4,5 ч).

При толщине окисного слоя на хроме меньше 0,1 мкм эффект повышения >каропрочности не имеет места из-за недостаточности количества образующейся окиси алюминия и чистого хрома, Длительная жаропрочность равна или ниже чем при изготовлении по способу, взятому за прототип (5 ч), Способ заключается в следующем.

Поверхность сплава хрома окисляют любым известным способом (термическим, химическим или др.) до.образования пленки окисла толщиной 0,1 — 2 мкм. Помещают соединяемые детали из сплава хрома и сплава никеля с размещенной ме>кду ними промежуточной прокладкой из фольги алюминия толщиной 5 — 100 мкм в камеру установки диффузионной сварки. Создают в камере разрежение 1 — 10 Па и нагревают соединяемые детали до 1100 — 1250 С, сдавливают с усилием 8 — 30 МПа и проводят изотермическую выдержку в течение 20—

60 мин. Затем охлаждают соединенные детали до 20...60 С, развакуумируют камеру установки и извлекают готовые изделия.

На поверхности алюминиевой прослойки перед сваркой (нагревом) имеется слой окисной пленки. Однако, в результате совместного воздействия нагрева и сдавливания деталей уже при температуре плавления алюминия происходит дробление (разрушение) окисной пленки алюминия и частичное ее выдавливание из зоны соединения. При этом отдельные диспергированные частицы разрушенной пленки окиси алюминия остаются в зоне соединения. Обнажившийся слой алюминия прокладки и взаимодействует с окисью хрома.

Наличие на контактной границе окислов алюминия создает барьерный слой, препятствующий взаимодиффузии компонентов соединенных материалов: хрома с одной и никеля с другой стороны. В

50 результате жаропрочность соединения не снижается в течение длительного времени эксплуатации при повышенной температуре, Кроме того, отсутствие избыточного содержания хрома в никелевом сплаве также повышает его жаростойкость в течение длительного промежутка времени при повышенных температурах.

Пример 1, Соединения сплава хрома

ВХ2И с никелевым сплавом ЭИ435.

Помещают соединяемые детали из сплава хрома с окисной пленкой толщиной

1 мкм, сплава никеля и промежуточной прослойки алюминия толщиной 50 мкм в камеру установки диффузионной сварки, которую вакуумируют. Детали сдавливают с усилием, обеспечивающим давление 25 МПа.

Проводят изотермическую выдержку при

1150 С в течение 40 мин и охлаждают до

40 С. Развакуумируют камеру установки и извлекают сваренные детали.

Проведенные в МАТИ им, К.Э.Циолковского испытания показали, что полученное соединение не разрушается в течение 50 ч при температуре 1200 С и растягивающем напряжении 10 МПа. Соединение по способу, взятому за прототип, разрушалось после нагружения в течение 5 ч.

Пример 2. Способ по примеру 1 с тем отличием, что толщина слоя окисла на хроме составляет 2 мкм, а толщина промежуточной прокладки из алюминия 100 мкм.

Соединение разрушалось после 35 ч испытаний под нагрузкой, создаю.щей растягивающее напряжение 10 МПа при 1200 С.

Пример 3. Способ по примеру 1 с тем отличием, что толщина слоя окисла на храме составляла 0,1 мкм и применяли промежуточную прокладку из алюминия толщиной

10 мкм;

Соединение разрушалось после 40 ч испытаний под нагрузкой, создающей растягивающее напряжение 10 МПа при 1200 С, Пример 4. Способ по примеру 2 с тем отличИем, что толщина окисного слоя на хроме была равна 2,5 мкм.

Соединение разрушалось после 4 ч испытаний при той же нагрузке при 1200 С, Пример 5, Способ по примеру 3 с тем отличием, что толщина окисного слоя на храме составляла 0,05 мкм.

Соединение разрушалось после 5 ч испытаний при той же нагрузке при 1200 С.

Формула изобретения

Способ соединения хрома с никелем и никелевыми сплавами, предусматривающий размещение между свариваемыми поверхностями промежуточной прокладки из алюминия, нагрев, сдавливание. изотерми1779512

Составитель А. Сергеев

Техред М.Моргентал КоРРектоР Н. Милюкова

Редактор О, Стенина

Заказ 4408 Тираж 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 ческую выдержку и охлаждение, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества соединения за счет увеличения длительной жаропрочности при повышенных температурах и снижения энергоемко- 5 сти процесса, в качестве составляющей из хрома используют заготовку с окисленной поверхностью толщиной О,1 — 2 мкм, а изотермическую выдержку проводят при 11001250 С в течение 20-60 мин.