Способ испытания на осевое растяжение образца металла в контакте с припоем

 

Сущность изобретения: на всю поверхность образца 1 с надрезом 2 последовательно наносят гальваническим методом припой в виде слоев меди 3, серебра 4 и второго слоя меди 5. Нагревают образец 1 до температуры пайки и подвергают воздействию осевой растягивающей нагрузки величиной, меньшей разрушающей. Толщины слоев припоя при нагреве обеспечивают образование на поверхности образца расплавленного медно-серебряного слоя и охватывающего последний нерасплавленного слоя меди. 2 ил.

Изобретение относится к механическим испытаниям металлов в контакте с припоем, в частности к иcпытаниям на осевое растяжение.

Известен способ испытания на осевое растяжение плоского образца в контакте с припоем включающий создание на боковой его поверхности надреза - концентратора напряжений, нагрев до температуры пайки, нанесение в зоне концентратора расплавленного припоя и приложение к образцу растягивающей нагрузки, в результате чего в вершине концентратора образуется трещина определенной длины. Определяют длину трещины после разрушения образца при комнатной температуре.

Однако в известном способе в контакте с припоем участвует только одна плоскость образца и поэтому результаты испытаний получаются приближенными.

Известен способ испытания на осевое растяжение плоского образца металла в контакте с припоем [2] включающий создание надреза на его боковой поверхности, расположение припоя в виде фольги на одной из плоских поверхностей образца, прижатие его пластиной из нержавеющей стали по конфигурации, повторяющей рабочую часть образца, нагрев в вакууме до температуры пайки, приложение к образцу растягивающей нагрузки, фиксирование образования и роста трещин в процессе испытания по появлению в ней расплава припоя на противоположной от пластины поверхности образца. Данный способ позволяет увеличить точность определения размеров трещины и учесть влияние кинетики ее развития.

Однако при использовании известного способа при испытаниях подвержена воздействию жидкого припоя только одна поверхность образца, при нагреве до температуры пайки часть припоя вытекает через зазор между ним и пластиной, а поверхность образца окисляется. Эти обстоятельства приводят к нарушению условий протекания реальных процессов при пайке изделий, т.е. снижается точность имитации условий их разрушения, а значит и достоверность механических характеристик испытуемых материалов.

Задача изобретения создание режима испытания образца, при котором были бы соблюдены реальные условия его взаимодействия с расплавленным припоем, приводящие к получению точных и достоверных механических характеристик материала образца.

Задача решена за счет того, что на всю поверхность образца наносят сначала подслой медного покрытия, а затем слой серебряного покрытия с последующим нанесением на него защитного слоя медного покрытия с толщинами, обеспечивающими образование при температуре пайки жидкой эвтектики меди с серебром, создающей капиллярный зазор между образцом и защитным слоем медного покрытия.

Технический результат повышение выхода годной продукции за счет более точного подбора режимов пайки.

На фиг. 1 изображен испытуемый образец; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Образец 1 выполнен с надрезом 2, являющимся концентратором напряжений, т. е. местом зарождения трещин. Образец может быть как плоским, так и цилиндрической формы. На всю поверхность образца нанесен подслой 3 медного покрытия, на него слой серебряного покрытия 4, затем нанесен защитный слой 5 медного покрытия. Указанные покрытия наносят гальваническим методом. Толщины подслоя 3 и защитного слоя 5 зависят от заданной толщины слоя серебряного покрытия 4. Выбор толщин слоев медного покрытия обусловлен их участием в создании при температуре испытания жидкой эвтектики с серебром и образовании капиллярного зазора между поверхностью образца 1 и защитным слоем 5. Толщину подслоя 3 подбирают так, чтобы он целиком провзаимодействовал со слоем серебряного покрытия 4, а толщина слоя 5 должна включать в себя растворимую в жидкой эвтектике часть медного покрытия и нерастворимую защищающую образец 1 от окисления. Таким образом, в данном изобретении припоем является трехслойное покрытие, включающее в себя подслой 3, слой серебряного покрытия 4 и растворимую часть слоя 5. Далее образец 1 нагревают до температуры пайки, при которой подслой 3, слой 4 и часть слоя 5 переходят в жидкое состояние, при этом образуется капиллярный зазор. После этого образец нагружают с целью получения трещины, выдерживают под нагрузкой заданное время, груз снимают и охлаждают до комнатной температуры. Трещину фиксируют на микроскопе благодаря наличию облуженной поверхности по краям трещины. Измеряют ее длину. Получают партию образцов с различными длинами трещин. Далее определяют зависимость предельных характеристик образцов с трещинами от длины трещины. По этой зависимости фиксируют напряжение в образце, при котором начинается рост трещины. Подбирают режим пайки, в котором предусмотрены меры по релаксации возникающих в конструкции напряжений.

Благодаря тому, что при испытании участвует вся поверхность образца и расплавленный припой защищен от окисления и вытекания из капиллярного зазора, создаются реальные условия взаимодействия припоя с поверхностью образца. Это обстоятельство обеспечивает получение достоверных характеристик испытуемого металла, а значит и более точного подбора режимов пайки.

Пример 1. Были испытаны на осевое растяжение образцы цилиндрической формы из нержавеющей стали. Для проведения испытаний на их поверхности были выполнены надрезы глубиной 1 мм. Далее на всю поверхность образцов нанесли подслой медного покрытия толщиной 12 мкм гальваническим методом из сернокислого раствора. На этот подслой нанесли слой серебряного покрытия заданной толщины, равной 15 мкм, также гальваническим методом. Далее был нанесен защитный слой медного покрытия толщиной 30 мкм из сернокислого раствора. Полученные образцы с покрытием помещали в испытательную установку, закрепляли в вакуумной камере и нагревали до температуры пайки температуры жидкого состояния припоя. Температура начала плавления припоя трехслойного покрытия 779^oC. Оптимальная температура испытания 1000^oC. К образцам прикладывали нагрузку, меньшую разрушающей, но достаточную для образования трещины, выдерживали определенное время. Далее нагрузку снимали, образцы охлаждали до комнатной температуры. Охлажденные образцы разрушали и определяли длины трещин на микроскопе по длине облуженного слоя по поверхностям трещин. Было определено, что рост трещин происходил при возникновении в образце напряжения более 4 кг/мм². Эта величина была определена из соотношения где P растягивающее усилие, S площадь рабочего сечения образца. При испытаниях P=76 кгс, S=10 мм². Таким образом, для данного материала при его пайке напряжения не должны превышать значения σ 4 кгс/мм², что позволило предотвратить образование трещин и повысить выход годной продукции.

Пример 2. Испытывались образцы плоской формы из сплава на никелевой основе. На боковой поверхности образцов выполняли надрез глубиной 1 мм. На всю поверхность образцов нанесли подслой медного покрытия толщиной 12 мкм. На него нанесли слой серебряного покрытия толщиной 20 мкм, а сверху защитный слой медного покрытия толщиной 40 мкм. Испытания образцов, фиксацию трещин и определение по длине трещин критического напряжения для испытуемого сплава проводили по технологии, описанной в примере 1. Было определено, что рост трещин происходил при возникновении в образце напряжения 0,1-0,2 мкс/мм².

Формула изобретения

Способ испытания на осевое растяжение образца металла в контакте с припоем, заключающийся в выполнении надреза на поверхности образца, нанесении припоя на образец с надрезом, нагреве до температуры пайки, приложении к образцу осевой растягивающей нагрузки величиной, меньшей разрушающей, и фиксации трещины, отличающийся тем, что в качестве припоя наносят последовательно слои меди, серебра и второго слоя меди с толщинами, обеспечивающими при указанном нагреве образование на поверхности образца расплавленного медно-серебряного слоя и охватывающего последний нерасплавленного слоя меди.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2