Припой на основе никеля
Владельцы патента RU 2254972:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение может быть использовано при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин газотурбинных двигателей. Припой на основе никеля включает следующие компоненты, мас.%: хром 5,0-8,0, железо 0,06-0,18, бор 0,2-0,35, кремний 2,0-3,0, вольфрам 8,0-10,0, углерод 0,05-0,2, алюминий 3,0-5,0, молибден 1,2-3,0, ниобий 9,0-12,5, кобальт 8,0-10,0, медь 0,05-0,15, титан 0,05-0,25, никель - остальное. Припой обладает низкой эрозионной активность, обеспечивает высокую жаропрочность и жаростойкость паяного соединения, а также хорошей технологичностью при пайке, определяемой растекаемостью. 2 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД.
Известен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, в мас.%:
Хром 9,5-16,6
Железо 0-5,4
Бор 1,24-1,47
Кремний 5,6-8,3
Молибден 0-8,9
Никель остальное
(WО 96/37335).
Недостатками этого припоя являются большие значения эрозии при пайке никелевых жаропрочных сплавов, невысокий уровень жаропрочности соединений при температурах 900-1000°С.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является припой следующего состава, в мас.%:
Хром 6,0-8,0
Железо 3,0-5,0
Бор 1,5-3,0
Кремний 4,0-5,5
Вольфрам 5,0-7,0
Углерод 0,05-0,15
Ванадий 0,05-0,1
Никель остальное
(СССР АС № 1673352).
Недостатками припоя-прототипа являются большие значения эрозии при пайке жаропрочных никелевых сплавов типа ЖС6, низкий уровень жаропрочности соединений при температурах выше 700°С, плохая растекаемость при пайке и низкие значения жаростойкости соединений.
Технической задачей изобретения является уменьшение эрозионной активности припоя, повышение жаропрочности и жаростойкости соединений, а также улучшение технологичности при пайке, определяемой растекаемостью.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен припой на никелевой основе, содержащий хром, железо, бор, кремний, вольфрам, углерод, который дополнительно содержит алюминий, молибден, ниобий, кобальт, медь и титан при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Хром 5,0-8,0
Железо 0,06-0,18
Бор 0,2-0,35
Кремний 2,0-3,0
Вольфрам 8,0-10,0
Углерод 0,05-0,2
Алюминий 3,0-5,0
Молибден 1,2-3,0
Ниобий 9,0-12,5
Кобальт 8,0-10,0
Медь 0,05-0,15
Титан 0,05-0,25
Никель остальное
Введение дополнительных компонентов в сплав алюминия, молибдена, ниобия, кобальта, меди и титана в заявленном соотношении с другими компонентами обеспечивает минимальную эрозию, высокие значения жаропрочности и жаростойкости паяных соединений никелевых жаропрочных сплавов типа ЖС6 и хорошие технологические свойства припоя при пайке.
Примеры осуществления.
Предлагаемый припой, как и припой-прототип выплавлялся в вакуумной индукционной печи. В таблице 1 представлены составы предлагаемых припоев (примеры 1-3) и припоя-прототипа.
Пайка проводилась при нагреве в вакуумной печи. Вакуум в процессе выдержки составлял не менее 5·10-4 мм рт. ст. Температура пайки сплава ЖС6У должна совпадать с температурой закалки сплава и равна 1200-1220°С Выдержка при этой температуре составляла 30 минут. Температура пайки каждой плавки припоев определялась по заполнению зазора между плоскими пластинками из никелевого жаропрочного сплава ЖС6У. Навеска каждого припоя в виде кусочков укладывалась вблизи зазора. За температуру пайки принималась та температура, при которой припой полностью затекал в зазор, не оставляя нерасплавившихся остатков в месте укладки.
Эрозионную способность припоев оценивали при взаимодействии со сплавом ЖС6У при температуре пайки, указанной в таблице 2. Испытание на эрозию проводилось по ГОСТ 21910-76 "Глубина общей химической эрозии при пайке".
Температурный интервал плавления припоев определяли методом дифференциального термического анализа на установке ДТА-7.
Жаропрочность стыковых паяных соединений определялась на образцах из сплава ЖС6У. Диаметр рабочей части образца составлял 5 мм. Паяный шов находился в средней части образца и располагался перпендикулярно оси образца. Выдержка при пайке составляла 60 минут.
Жаростойкость паяных соединений оценивалась по изменению кратковременной прочности при комнатной температуре образцов стыковых паяных соединений после выдержки их при 900°С на воздухе в течение 200 часов.
Свойства предлагаемого припоя и выполненных этим припоем соединений в сравнении со свойствами прототипа представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| №п/п | Температура плавле-ния припоев °C | Темпе-ратура пайки °С | Эрозия сплава ЖС6У, % | 100 - часовая прочность стыковых соединений при 950°С, кгс/мм2 | Потеря прочности стыковых соединений после испытаний на жаростойкость, % | Площадь расте-кания, мм2 |
| 1 | 1110-1180 | 1210 | 10 | 17 | 0 | 510 |
| 2 | 1120-1180 | 1210 | 8 | 18 | 0 | 560 |
| 3 | 1120-1180 | 1210 | 5 | 17.5 | 0 | 550 |
| прототип | 980-1120 | 1150 | 50 | 1.5 | 60 | 290 |
Растекание определяли по площади растекания навески припоя весом 2 г. на поверхности пластины из сплава ЖС6У. Навеска припоя изготавливалась в виде таблетки диаметром 10 мм с помощью связки на основе акриловой смолы. Выдержка при пайке составляла 60 минут.
По данным таблицы 2 видно, что предлагаемый припой имеет многократно меньшую эрозионную активность, чем прототип. Прочность стыковых соединений сплава ЖС6У, выполненных предлагаемым припоем, более чем в десять раз выше, чем у соединений, выполненных припоем-прототипом. Существенно выше и растекание предлагаемого припоя по поверхности сплава ЖС6У. Кроме того, следует отметить, что температура пайки припоем - прототипом не совпадает с температурой закалки сплава ЖС6У, что снижает свойства сплава и является нежелательным.
Применение предлагаемого припоя при пайке деталей горячего тракта ГТД позволит существенно повысить надежность паяных соединений уменьшить брак при пайке и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД.
Припой на основе никеля, содержащий хром, кремний, железо, бор, углерод и вольфрам, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, молибден, ниобий, кобальт, медь и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хром 5,0-8,0
Железо 0,06-0,18
Бор 0,2-0,35
Кремний 2,0-3,0
Вольфрам 8,0-10,0
Углерод 0,05-0,2
Алюминий 3,0-5,0
Молибден 1,2-3,0
Ниобий 9,0-12,5
Кобальт 8,0-10,0
Медь 0,05-0,15
Титан 0,05-0,25
Никель Остальное.
