Способ пайки литого инструментального сплава с конструкционной сталью

Изобретение может быть использовано для пайки инструментального сплава с конструкционной сталью, в частности в парах трения. Литой износостойкий инструментальный сплав, например, на основе отходов быстрорежущей инструментальной стали, располагают при сборке над конструкционной сталью с размещением в паяном зазоре фольги из материала припоя. В качестве припоя используют медную фольгу толщиной 100-150 мкм. Нагрев проводят в вакууме с остаточным давлением не ниже 5·10^-5 мм рт.ст. до температуры образования легкоплавкой эвтектики между инструментальным сплавом и припоем и выдерживают при температуре пайки в течение 5-10 мин. Способ обеспечивает получение паяного соединения с высокой стабильностью качества с прочностью на срез 210-215 МПа.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для пайки инструментального сплава с конструкционной сталью, в тех узлах, где требуется высокая износостойкость пар трения, например грануляция пластических масс.

Известен способ пайки двухслойных изделий из разнородных материалов, содержащих мартенситно-стареющую сталь, включающий сборку изделия с серебряным припоем (заявка на патент РФ №95111722, В 23 К 1/00 от 27.06.97), нагрев под пайку до температуры 925±5°С в течение 3-5 минут и после охлаждения до комнатной температуры проводят термообработку при 750±10°С в течение 40±5 минут.

Недостатком данного изобретения является то, что при пайке используется серебряный припой, обладающий недостаточными механическими свойствами и высокой стоимостью. Также в предлагаемом способе предусматривается проведение повторной термической обработки, что усложняет технологический процесс.

Ближайшим аналогом, принятым за прототип, является способ контактно-реактивной пайки (патент РФ №1408643, B 23 K 1/00 от 20.08.97), включающий сборку деталей с размещением в паяном зазоре прослойки из материала, вступающего в контактное плавление с материалом хотя бы одной из паяемых деталей, а рядом с зазором укладывают припой-индикатор с температурой пайки, соответствующей температуре контактно-реактивной пайки деталей.

Недостатком данного способа пайки является усложнение конструкции перед пайкой и резкий переход от паяемых деталей к припою.

Задачей предлагаемого изобретения является получение прочного паяного соединения между литым износостойким инструментальным сплавом и конструкционной сталью с высокой надежностью.

Для реализации указанного технического результата в способе пайки литого износостойкого инструментального сплава с конструкционной сталью, включающем сборку деталей с размещением в паяном зазоре фольги из материала припоя, предлагается литой износостойкий сплав располагать над конструкционной сталью, а нагрев вести до температуры образования легкоплавкой эвтектики между инструментальным сплавом и припоем.

Кроме того, в качестве припоя используют медную фольгу толщиной 100-150 мкм, а нагрев проводят в вакууме с остаточным давлением не ниже 5·10^-5 мм рт.ст. и выдерживают при температуре пайки в течение 5-10 минут.

Кроме того, используется литой инструментальный сплав на основе отходов стали Р6М5, дополнительно легированный ванадием в количестве 6-8% и углеродом в количестве 0,9-1,1%.

При реализации предлагаемого изобретения собирают конструкцию и помещают в вакуумную печь. Далее проводят нагрев до температуры плавления меди и делается изотермическая выдержка для равномерного прогрева всей конструкции. Затем повышают температуру до 1130 - 1170°С и проводят охлаждение до комнатной температуры.

Кроме того, при сборке конструкции литой инструментальный сплав располагают над конструкционной стали.

Во время нагрева, когда температура достигает температуры плавления меди, она расплавляется и взаимодействует с литым инструментальным сплавом. Легирующие элементы, входящие в состав литого инструментального сплава, растворяются в расплавленной меди - это в основном никель и ванадий с образованием твердого раствора. Образовавшийся твердый раствор никеля и ванадия в меди на границе раздела «расплавленная медь - инструментальный сплав» опускается вниз и располагается на поверхности конструкционной стали.

Далее температура повышается до 1130 - 1170°С, что приводит к взаимодействию конструкционной стали с твердым раствором ванадия и никеля в меди. При этом делается изотермическая выдержка с целью образования общей расплавленной ванны между литым инструментальным сплавом и конструкционной сталью. Затем отключают нагрев и производится охлаждение.

При использовании медной фольги толщиной менее 150 мкм в паяном слое образуется малое количество жидкой фазы, что не обеспечивает получения достаточно высоких механических свойств соединения.

При использовании медной фольги толщиной более 150 мкм в паяном соединении образуется значительное количество меди, т.к. за время изотермической выдержки при пайки вся медь не взаимодействует с легирующими элементами с образованием твердого раствора, что в свою очередь снижает механические свойства паяного соединения. Для завершения процесса взаимодействия расплавленной меди с легирующими элементами с образованием твердого раствора необходимо увеличить время изотермической выдержки при пайке. Увеличение времени выдержки при пайке приводит к дополнительному расходу электроэнергии и повышению продолжительности процесса пайки. Также при использовании фольги толщиной более 150 мкм увеличивается толщина паяного слоя, что приводит к снижению его механических свойств.

Пример 1

Собирают конструкцию из литого износостойкого инструментального сплава и конструкционной стали, например 20Х13. В конструкции литой износостойкий инструментальный сплав располагают над конструкционной сталью, а между ними помещают медную фольгу толщиной 100 мкм. Далее собранную конструкцию помещают в вакуумную печь и производят нагрев до температуры плавления меди, делают небольшую выдержку и повышают температуру до 1130°С. При этой температуре проводят изотермическую выдержку в течение 10 минут и отключают нагрев. Охлаждение идет вместе с печью.

Пример 2

Собирают конструкцию из литого износостойкого инструментального сплава и конструкционной стали, например Х18Н10Т, причем литой износостойкий инструментальный сплав располагают над конструкционной сталью, а между ними помещают медную фольгу толщиной 150 мкм. Далее собранную конструкцию помещают в вакуумную печь и производят нагрев до температуры плавления меди, делают небольшую выдержку и повышают температуру до 1170°С. При этой температуре проводят изотермическую выдержку в течение 5 минут и отключают нагрев. Охлаждение идет вместе с печью.

Предложенная технология пайки литого износостойкого инструментального сплава с конструкционной сталью позволяет получить высокую прочность паяного соединения и высокую стабильность результатов. При этом прочность при срезе паяного соединения, проведенного по прелагаемому способу составляет 210-215 МПа.

Способ пайки литого износостойкого инструментального сплава с конструкционной сталью, включающий сборку деталей с размещением в паяном зазоре фольги из материала припоя, отличающийся тем, что при сборке литой износостойкий инструментальный сплав располагают над конструкционной сталью и проводят нагрев в вакууме при остаточном давлении не ниже 10^-5 мм рт.ст., при этом повышают температуру до температуры плавления меди, делают выдержку для равномерного прогрева собранной конструкции, в качестве припоя применяют медную фольгу толщиной 100-150 мкм, а пайку осуществляют непосредственно в температурном интервале образования легкоплавкой эвтектики между припоем и литым износостойким инструментальным сплавом при температуре 1130-1170°С с изотермической выдержкой при температуре пайки в течение 5-10 мин.