Припой на никелевой основе

 

Изобретение относится к припоям на никелевой основе и может найти применение при изготовлении паяных деталей и узлов авиационных и корабельных турбин, тонкостенных радиаторов и в других случаях при пайке изделий, работающих в условиях высоких температур. Задачей изобретения является получение припоя с пониженной эрозионной способностью, образующего паяные соединения с повышенными жаростойкостью и рабочей температурой. Припой содержит следующие компоненты в мас.%: хром 19,2 - 40,0; кремний 3,0 - 7,5; алюминий 1,1 - 5,0; кобальт 0,5 - 6,0; железо 8,0 - 28,0; молибден 1,0 - 7,9; ниобий 0,5 - 7,5; титан 0,5 - 7,4; никель - остальное. 1 табл.

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение при изготовлении паяных деталей и узлов авиационных и корабельных турбин, тонкостенных радиаторов, металлических блоков- носителей катализатора в системах нейтрализации выхлопных газов и в других случаях при пайке изделий, работающих в условиях высоких температур.

Анализ технической и патентной литературы показывает, что для пайки жаростойких сплавов находят широкое применение припои на никелевой основе.

Известен припой на никелевой основе, содержащий следующие компоненты в мас. %: хром 18 - 22; кремний 6 - 11; кобальт до 2; железо 19 - 22; молибден 8 - 11; никель остальное (патент США, 3542543 (GENERAL ELECTRIC CO), 1970, B 23 K 35/30). К недостаткам данного припоя можно отнести то, что он не обеспечивает требуемой капиллярности и смачивающей способности (по отношению к паяемому материалу), что особенно необходимо при пайке тонкостенных паяных конструкций. Кроме того, отсутствие в припое алюминия и титана не обеспечивает жаростойкости паяных соединений тонких лент из сплавов системы железо-хром-алюминий, в частности металлоблоков - носителей катализатора на уровне жаростойкости паяемого материала.

Наиболее близким жаростойким из известных припоев на никелевой основе является припой G981 (Хряпин В.Е., Справочник паяльщика. - М.: Машиностроение, 1981, с. 67, табл. 139), содержащий 19% хрома и 10% кремния и применяющийся для пайки многих жаростойких, жаропрочных и нержавеющих сталей, который является наиболее близким аналогом припоя согласно изобретению.

Данный припой имеет недостатки, проявляющиеся, в частности, при пайке изделий из жаростойких сплавов на железо-хромовой основе, в том числе содержащих алюминий: 1) повышенная эрозионная способность по отношению к паяемому материалу, что вызывает большие трудности при пайке тонкостенных конструкций из-за сквозного проплавления стенок; 2) температура плавления сплава, заполняющего зазоры и представляющего собой припой с частично растворенным в нем основным материалом, составляет ~ 1050oC. При пайке тонкостенных деталей, когда размеры соединительных галтелей соизмеримы с толщиной основного материала, а иногда и превосходят ее, диффузионное взаимодействие припоя с основным материалом не может привести к повышению температуры плавления припоя в галтелях. Поэтому температура изделий при эксплуатации не может быть выше 1000oC, и применение данного припоя, например, при пайке сотовых конструкций из лент сплавов железо - хром - алюминий, используемых в качестве подложек катализатора в конверторах выхлопных газов автомобилей, будет затруднительно, поскольку в настоящее время наблюдается тенденция повышения температуры выхлопных газов до 1000oC и выше; 3) пониженная жаростойкость паяных соединений тонкостенных деталей из сплавов Fe-Cr-Al вследствие диффузионного перехода алюминия из паяемого металла в зону, занимаемую припоем, что отрицательно скажется на ресурсе работы, например, сотового металлоблока каталитического нейтрализатора выхлопных газов.

Целью изобретения является создание припоя на основе никеля с пониженной эрозионной способностью, образующего паяные соединения с повышенными жаростойкостью и рабочей температурой.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в состав известного припоя, содержащего никель (основа), 19% хрома и 10% кремния, дополнительно вводят железо, алюминий, ниобий, молибден, кобальт и титан при следующем соотношении компонентов (мас.%): хром 19,2 - 40; железо 8 - 28; кремний 3 -7,5; алюминий 1,1 - 5,0; молибден 1,0 - 7,9; ниобий 0,5 - 7,5; кобальт 0,5 - 6,0; титан 0,5 - 7,4. При этом суммарное содержание неизбежных примесей, таких как кислород, азот, углерод, сера, марганец, или содержание каждого из указанных компонентов не должно превышать 1 мас.%.

В припое хром необходим для обеспечения жаростойкости паяных соединений на уровне основного металла. При содержании хрома менее 19% понижается жаростойкость припоя и паяного соединения, а при увеличении содержания более 40% ухудшается растекаемость припоя и повышается температура пайки, что может в некоторых случаях привести к рекристаллизации паяемого материала и, вследствие этого, уменьшению его коррозионной стойкости и прочности.

При увеличенном содержании хрома, молибдена и титана необходимо уменьшение содержания кремния (по сравнению с прототипом). При содержании кремния менее 3% ухудшается растекаемость припоя, при содержании выше 8% увеличивается эрозия припоем основного материала.

Железо вводится в припой главным образом для уменьшения растворения основного материала и повышения прочности и пластичности паяных соединений. Молибден также понижает эрозионную способность и к тому же повышает растекаемость припоя и жаростойкость паяных соединений. При содержании железа и молибдена соответственно 8 и 1 мас.%. припой растворяет основной материал при прочих равных условиях в 3 раза меньше, чем прототип, что и взято за критерий уменьшения эрозионной способности припоя.

Увеличение содержания железа более 28 мас.% ухудшает смачиваемость припоем поверхности паяемого материала и растекаемость припоя. При содержании молибдена более 7,9% температура ликвидуса сплава припоя становится ниже 1100oC, что понижает рабочую температуру паяных соединений.

Алюминий в припое повышает жаростойкость паяных соединений, что особенно важно при пайке тонкостенных деталей, тонких лент из сплавов системы Fe-Crl-Al. Жаростойкость этих сплавов помимо хрома определяется также содержанием алюминия, благодаря формированию защитной пленки из окиси алюминия. Таким образом, наличие в припое хрома и алюминия в оптимальном диапазоне концентраций обеспечивает жаростойкость припоя и паяных соединений на уровне основного материала.

При содержании в припое алюминия менее 1% окисная пленка на поверхности паяного соединения не будет обладать такими же защитными свойствами, как на паяемом сплаве. К тому же произойдет понижение жаростойкости прилегающих к паяному шву участков лент вследствие уменьшения в них содержания алюминия из-за его частичного перехода в зону паяного соединения.

Увеличение содержания алюминия более 5% вызывает повышение температуры плавления припоя и ухудшение его технологических свойств (смачивание, растекаемость).

Кобальт способствует смачиванию жаростойких сплавов, содержащих алюминий, а также уменьшению температурного интервала плавления припоя и способности растворять основной материал. При содержании кобальта 0,5% обеспечивается удовлетворительное смачивание фехралей, содержащих 1% алюминия. Для сплавов, легированных алюминием до 5%, необходимо ввести в припой примерно 6% кобальта.

Ниобий необходим для повышения жаропрочности припоя благодаря связыванию углерода в карбиды и кремния - в силициды (при этом уменьшается объем хрупких силицидов). При содержании ниобия менее 0,5% эффект повышения прочности паяных соединений при повышенных температурах незначителен. Увеличение содержания ниобия более 7,5% ухудшает смачивающую способность и капиллярность припоя.

Титан вводится в припой для обеспечения требуемой температуры пайки и повышения жаростойкости паяных соединений. При содержании титана менее 0,4% повышается температура ликвидуса, а при содержании более 7,5% - понижается температура солидуса.

Пример конкретного выполнения вариантов припоя.

Было выплавлено 4 состава припоя, включая прототип. Плавку проводили в тигле объемом 7 см3 в потоке аргона. Испытания на жаростойкость проводились на образцах, вырезанных из слитков припоев, по ГОСТ 21910-76.

Эрозионную способность припоев оценивали при взаимодействии со сплавом Х23Ю5. Испытания на растворение припоем основного материала проводились по ГОСТ 21549-76 "Глубина общей химической эрозии при пайке".

Температурный интервал плавления припоев определяли методом дифференциального термического анализа (на установке ДТА-7).

Результаты сравнительных испытаний припоев приведены в таблице.

Как следует из приведенных результатов, предлагаемый припой отличается от прототипа следующими улучшенными характеристиками: растворение основного материала уменьшилось в 10 раз; жаростойкость повысилась в 3 раза; рабочая температура паяных соединений может быть повышена на 50oC.

Формула изобретения

Припой на никелевой основе, содержащий хром, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, кобальт, железо, молибден, ниобий, титан при следующем соотношении компонентов, %: Хром - 19,2 - 40,0 Кремний - 3,0 - 7,5
Алюминий - 1,1 - 5,0
Кобальт - 0,5 - 6,0
Железо - 8,0 - 28,0
Молибден - 1,0 - 7,9
Ниобий - 0,5 - 7,5
Титан - 0,5 - 7,4
Никель - Остальноер

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности, к составу жаропрочного сплава на основе никеля, предназначенного для получения полуфабрикатов и деталей с направленной и монокристаллической структурой методом точного литья по выплавляемым моделям, преимущественно лопаток высокотемпературных газовых турбин авиационного, транспортного (автомобильные и судовые двигатели) и энергетического назначения (силовые агрегаты магистральных газопроводов, передвижные электростанции) и других ГТУ

Изобретение относится к сплавам на основе никеля, имеющим высокую жаропрочность

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым для наплавки на детали, работающие в жестких условиях при высокотемпературной фреттинг-коррозии и сульфидной коррозии, например на контактные поверхности рабочих и сопловых лопаток стационарных газовых турбин газотурбинных установок (ГТУ)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля и более конкретно: к особому семейству сплавов, названному сплавами С-типа, которые содержат в значительных количествах молибден и хром наряду с добавками других легирующих элементов

Изобретение относится к металлургии, в частности, к конструкционным материалам для ядерных энергетических установок и к материалам для свариваемых деталей и конструкций, работающих при повышенных температурах в высокоагрессивных средах

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, и может быть использовано для изготовления штампов, применяемых для получения деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе методом изотермической деформации, например, дисков турбин газовых двигателей

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным свариваемым сплавам на Fe-Cr-Ni основе

Изобретение относится к созданию и выбору конструкционного материала для ядерных энергетических установок, в частности для оболочек ТВЭЛов, ПЭЛов, СВП, РИН и других деталей атомных реакторов с водяным, и пароводяным охлаждением

Изобретение относится к порошковой металлургии

Изобретение относится к области пайки изделий из стали и никелевых сплавов, преимущественно массового производства, с использованием припоя из меди

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при восстановлении деталей металлургического оборудования, работающего в условиях циклических термомеханических нагрузок, например, роликов МНЛЗ, рабочих валков станов горячей прокатки и других деталей

Изобретение относится к сварке и касается состава сварочной проволоки для сварки и наплавки изделий из высокоуглеродистых сталей, работающих при больших нагрузках

Изобретение относится к электросварочному производству, в частности к составам материалов для электродов контактной сварки

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к составам материалов для электродов контактной сварки и токоподводящих наконечников дуговой электросварки плавящимся электродом в среде защитных газов

Изобретение относится к материалам, используемым в качестве стержней для покрытых электродов и сварочной проволоки для сварки в среде защитных газов, автоматической сварки под флюсом и электрошлаковой сварки сталей мартенситного класса, мартенситно-ферритного и мартенситно-аустенитного класса, разнородных сварных соединений этих сталей со сталями перлитного класса, а также для наплавки на детали износостойкого, кавитационного или коррозионностойкого покрытия

Изобретение относится к припоям на основе платиновых металлов, применяемых в производстве ювелирных изделий, а также может быть использовано в медицинской и электротехнической промышленности
Наверх