Способ пайки деталей, одна из которых выполнена из карбида титана или сплавов на его основе
Владельцы патента RU 2278007:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик Федеральное агентство по атомной энергии (RU)
Изобретение может быть применено при соединении пайкой разнородных деталей, одна из которых выполнена из карбида титана или его сплавов, используемых в различных машинах, механизмах и аппаратах высоких давлений и высоких температур. Между соединяемыми поверхностями размещают припой из эвтектического сплава медь-титан с добавкой легкоплавких металлов. Пайку осуществляют в вакууме. Нагрев проводят с промежуточной выдержкой при температуре образования эвтектики не менее 20 мин и последующей выдержкой при достижении температуры плавления припоя. Охлаждают с выдержкой при температуре 700...750°С не менее 15 мин с последующим охлаждением до комнатной температуры. Использование изобретения обеспечивает получение изделий с высокими прочностными характеристиками и высокой износо-коррозийной стойкостью для работы при температуре до 700°С.
Изобретение относится к области соединений деталей пайкой и может быть применено при соединении разнородных материалов в турбостроении, теплоэнергетики, в частности в различных машинах, механизмах и аппаратах высоких давлений и высоких температур.
Известен способ пайки разнородных материалов, при котором на твердосплавную пластину из карбида титана наносят припой на мелко-никелевой основе толщиной 0,05-0,1 мм электроискровым легированием и нагревают до температуры плавления припоя, затем твердосплавную пластину собирают со стальной державкой и осуществляют пайку нагревом на установке ТВЧ с приложением давления, при этом стальную державку направленно охлаждают (патент РФ №1822041, МПК В 23 К 1/19 "Способ изготовления твердосплавного инструмента" опубликован БИ №20.95 г.).
Недостатками указанного способа являются сложная технология нанесения припоя на твердосплавную пластину, дополнительная операция облуживания припоем твердосплавной пластины, а пайку необходимо осуществлять с приложением давления и одновременным охлаждением металлической державки.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ пайки карбида титана и сплавов на его основе и стали, при котором между соединяемыми деталями размещают прокладку из никельсодержащего сплава с температурой ликвидус 1150°С. Прокладку нагревают, расплавляют и соединяют детали (патент Япония №6079768, МПК В 23 К 1/19 "Способ соединения сплава с карбидом титана и стали и сварное изделие", опубликован. 01.06.98 г.).
Недостатком этого способа является относительно высокая температура пайки, что оказывает существенное влияние на основной металл и паяное соединение, вызывая миграцию углерода, распад твердого раствора, рост интерметаллидных слоев, что ухудшает механические характеристики паяного соединения, а также ограниченность по пайке других металлов и их сплавов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является понижение температуры пайки, увеличение номенклатуры применяемых металлов и сплавов на их основе, улучшение механических характеристик паяного соединения.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого способа, следующий:
- снижена температура пайки до 900°С;
- увеличена номенклатура соединяемых металлов и сплавов на их основе (медь, никель, молибден, тантал, ниобий, вольфрам и др.);
- улучшены механические характеристики паяемого соединения.
Для решения поставленной задачи в известном способе между соединяемыми деталями, одна из которых выполнена из карбида титана или сплавов на его основе, размещают припой и осуществляют нагрев до температуры плавления припоя, выдержку и охлаждение. Предлагается в качестве припоя использовать сплав эвтектического состава медь-титана с добавкой легкоплавких металлов олово, индий. Выбор медно-титанового припоя обусловлен тем, что титан, образующий эвтектические сплавы почти со всеми металлами, растворяет газонепроницаемую окисную пленку TiO и взаимодействует (смачивает) с карбидом титана, а добавки легкоплавких металлов олово и индий позволяют снизить температуру пайки.
Нагрев производят до температуры образования эвтектики медь-титан и выдерживают при этой температуре не менее 20 минут. В результате происходит взаимное растворение титана, олова и индия в меди и получение активного сплава, что обеспечит при температуре плавления активного сплава смачивание паяемых металлов и карбида титана или его сплавов. Охлаждение производят до температуры 700...750°С с выдержкой при этой температуре не менее 15 минут. В процессе выдержки происходит термическое упрочнение паяного соединения. Упрочнение при термообработке происходит вследствие распада перенасыщенного твердого раствора и выделения в дисперсном состоянии интерметаллида. Также этот вид упрочнения можно назвать интерметаллидным, где проявляются оба механизма упрочнения - растворный и интерметаллидный, играющие важную роль в создании высокопрочных паяных соединений. Дальнейшее охлаждение производят до комнатной температуры. Пайку осуществляют в вакууме 1·10-3-1·10-4 мм рт.ст.
Пример. При пайке кольца уплотнительного из карбида титана и мембраны из сплава 29НК торцевых уплотнений по стыку деталей размещали припой из медно-титановой фольги эвтектического состава с добавкой легкосплавных металлов олово, индий. Собранные для пайки детали размещали в рабочем объеме электровакуумной печи СГВ23/15.
Пайку осуществляли по следующему температурному режиму:
- нагрев до температуры 700°С со скоростью 5°С/мин;
- выдержка при температуре 700°С в течение 20 минут;
- нагрев до температуры плавления припоя 900±10°C со скоростью 5°С/мин;
- выдержка при температуре плавления припоя в течение 2 минут;
- охлаждение до температуры 700°С со скоростью 5°С/мин;
- выдержка при температуре 700°С в течение 15 минут.
Дальнейшее охлаждение осуществляли с печью до комнатной температуры. Температура в печи измерялась платино-платинородиевой термопарой с точностью ±10°С.
Качество полученного спая оценивали по герметичности до и после термоциклирования. Термоциклирование проводили по режиму: нагрев до температуры 200°С с последующим охлаждением до -70°С. При этом трещины в карбиде титана и паяном шве отсутствовали, герметичность не изменялась и составляла по натеканию гелия не более 1·10-8 МПа·м3/с.
Данный способ может быть реализован на распространенном электровакуумном термическом оборудовании. Он экономичен и позволяет получать изделия с высокими прочностными характеристиками и высокой износо-коррозийной стойкостью для работы при температуре до 700°С.
Способ пайки деталей, одна из которых выполнена из карбида титана или из сплавов на его основе, включающий размещение припоя между соединяемыми поверхностями, нагрев до температуры плавления припоя и охлаждение, отличающийся тем, что пайку осуществляют в вакууме, в качестве припоя используют сплав эвтектического состава медь - титан с добавкой легкоплавких металлов, при этом нагрев осуществляют с промежуточной выдержкой при температуре образования эвтектики не менее 20 мин и последующей выдержкой при достижении температуры плавления припоя, а охлаждение детали проводят с выдержкой при температуре 700...750°С не менее 15 мин и последующим охлаждением до комнатной температуры.
