Припой на основе никеля
Владельцы патента RU 2335386:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из жаропрочных никелевых сплавов. Для уменьшения эрозионной активности припоя, повышения жаропрочности и жаростойкости соединений припой содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: хром 12,0-15,0; бор 0,8-1,3; кремний 0,1-0,6; молибден 0,9-2,0; вольфрам 0,6-2,5; алюминий 6,5-12,0; кобальт 7,0-12,0; углерод 0,04-0,2; никель - остальное. Применение предлагаемого припоя при пайке деталей горячего тракта ГТД и ремонте отливок из никелевых жаропрочных сплавов позволит существенно повысить надежность паяных соединений и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД. 2 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которые могут найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из жаропрочных никелевых сплавов
Известен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| Хром | 8,5-10,0 |
| Железо | 3,5-5,0 |
| Бор | 0,2-0,4 |
| Кремний | 6,0-7,2 |
| Молибден | 10,0-12,0 |
| Вольфрам | 8,0-10,0 |
| Никель | остальное |
(Справочник по пайке. Машиностроение. 2003 г., стр.76).
Недостатками припоя являются большие значения эрозии при пайке изделий из жаропрочных никелевых сплавов, низкий уровень жаропрочности соединений при температурах выше 900°С.
Известен припой на основе никеля следующего химического состава, мас.%:
| Хром | 13,0-25,0 |
| Кремний | 2,0-3,0 |
| Марганец | 5,0-15,0 |
| Молибден | 6,0-15,0 |
| Никель | остальное |
(а.с. СССР №485846).
Припой не является жаростойким при температурах выше 900°С.
Известен припой следующего химического состава, мас.%:
| Хром | 6,0-7,0 |
| Бор | 0,2-0,3 |
| Кремний | 2,5-3,0 |
| Вольфрам | 8,5-9,5 |
| Молибден | 1,6-2,0 |
| Алюминий | 4,0-5,0 |
| Ниобий | 10,0-11,0 |
| Титан | 1,0 |
| Никель | остальное |
(Справочник по пайке. Машиностроение. 2003 г., стр.74).
Недостатками этого припоя являются большие значения эрозии при пайке изделий из жаропрочных никелевых сплавов, низкий уровень жаропрочности соединений при температурах выше 1000°С и низкие значения жаростойкости соединений при рабочих температурах.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является припой на основе никеля для соединения изделий из жаропрочных никелевых сплавов следующего химического состава, мас.%:
| Хром | 6,0-10,0 |
| Бор | 0,6-1,3 |
| Кремний | 0,05-0,15 |
| Вольфрам | 2,0-5,0 |
| Кобальт | 8,0-10,0 |
| Алюминий | 4,0-6,0 |
| Углерод | 0,05-0,2 |
| Молибден | 1,8-2,2 |
| Ниобий | 3,0-5,0 |
| Железо | 0,1-0,7 |
| Никель | остальное |
(Патент РФ №2283741).
Недостатком этого припоя является междендритное проникновение припоя в основной материал, а также склонность к рекристаллизации поверхностей основного материала по границам с припоем и, соответственно, снижение жаропрочности соединений.
Технической задачей изобретения является устранение междендритного проникновения припоя в основной материал и повышения жаропрочности паяных соединений изделий жаропрочных никелевых сплавов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен припой на основе никеля для соединения изделий из жаропрочных никелевых сплавов, содержащий хром, бор, кремний, молибден, вольфрам, алюминий, кобальт и углерод, который содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| Хром | 12,0-15,0 |
| Бор | 0,8-1,3 |
| Кремний | 0,1-0,6 |
| Молибден | 0,9-2,0 |
| Вольфрам | 0,6-2,5 |
| Алюминий | 6,5-12,0 |
| Кобальт | 7,0-12,0 |
| Углерод | 0,04-0,2 |
| Никель | остальное |
Предлагаемый сплав при заявленном содержании и соотношении компонентов обеспечивает устранение междендритного проникновения припоя в основной материал и повышения жаропрочности паяных соединений изделий из жаропрочных никелевых сплавов.
Примеры осуществления
Предлагаемый припой, как и припой-прототип выплавлялся в вакуумной индукционной печи. В таблице 1 представлены составы предлагаемого припоя (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. Основной материал - сплавы ЖС32, ЖС36, ВКНА-25. Температура пайки сплава ЖС32 составляла 1270-1280°С, сплава ЖС36 - 1290-1300°С, а сплава ВКНА-25 - 1300-1320°С. Выдержка при этой температуре была равна 60 минутам. Навеска каждого припоя в виде кусочков укладывалась вблизи зазора.
Междендритное проникновение определялось на шлифах соединений, выполненных перпендикулярно соединительным поверхностям и вдоль осей дендритов монокристаллов металлографическим анализом.
Свойства предлагаемого припоя и выполненных этим припоем соединений в сравнении со свойствами прототипа представлены в таблице 2.
Жаропрочность стыковых паяных соединений определялась на образцах из сплавов ЖС32 и ЖС36, ВКНА-25. Диаметр рабочей части образца составлял 5 мм. Паяный шов находился в средней части образца и располагался перпендикулярно оси образца.
Кратковременная жаропрочность стыковых соединений изделий из сплавов ЖС32 при 1100°С и ЖС36 при 1150°С, выполненных предлагаемым припоем, приближается к жаропрочности основных материалов. Соединения изделий из сплава ЖС36 и ВКНА-25, выполненные припоем-прототипом, из-за образования рекристаллизованных зерен по границам основного материала с припоем имеют значительно меньшие значения прочности соединений. Монокристаллический сплав ЖС32 содержит углерод и рекристаллизованные зерна при пайке в нем появляются только при значительной пластической деформации соединительных поверхностей на стадии подготовки к пайке. Кратковременные значения прочности соединений сплава ЖС32, выполненные предлагаемым припоем, находятся на уровне свойств соединений, выполненных припоем-прототипом, а значения длительной прочности (100-часовая прочность) соединений, выполненных предлагаемым припоем, существенно выше, чем значения такой прочности соединений, выполненных припоем-прототипом.
Применение предлагаемого припоя при соединении изделий горячего тракта ГТД и ремонте отливок из никелевых жаропрочных сплавов позволит существенно повысить надежность паяных соединений и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД.
| Таблица 1 | |||||||||||
| № п/п | Cr | В | Si | Mo | W | Al | Со | С | Nb | Fe | Ni |
| 1 | 12,0 | 1,3 | 0,1 | 1,4 | 1,5 | 6,5 | 9,5 | 0,04 | - | - | ост. |
| 2 | 13,5 | 1,0 | 0,35 | 0,9 | 2,5 | 9,2 | 7,0 | 0,12 | - | - | ″-″ |
| 3 | 15,0 | 0,8 | 0,6 | 2,0 | 0,6 | 12,0 | 12,0 | 0,2 | - | - | ″-″ |
| Прототип | 8,0 | 0,95 | 0,1 | 2,0 | 3,5 | 5,0 | 9,0 | 0,11 | 4,0 | 0,4 | ″-″ |
Припой на основе никеля для соединения изделий из жаропрочных никелевых сплавов, содержащий хром, бор, кремний, молибден, вольфрам, алюминий, кобальт и углерод, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| Хром | 12,0-15,0 |
| Бор | 0,8-1,3 |
| Кремний | 0,1-0,6 |
| Молибден | 0,9-2,0 |
| Вольфрам | 0,6-2,5 |
| Алюминий | 6,5-12,0 |
| Кобальт | 7,0-12,0 |
| Углерод | 0,04-0,2 |
| Никель | Остальное |
