Способ высокотемпературной пайки деталей из алюминиевых термоупрочняемых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности, может использоваться для получения паяных изделий из термоупрочняемых алюминиевых сплавов для изготовления корпусных конструкций. Способ включает пайку и последующую термообработку, причем пайку и термообработку осуществляют за один цикл нагрева-охлаждения изделия, при этом температура пайки должна быть не более чем на 5÷10°С выше предельной температуры нагрева под закалку и не менее чем на 10÷15°С ниже температуры солидуса паяемого алюминиевого сплава, а закалку на стадии охлаждения осуществляют за счет обдува изделия холодным воздухом до комнатной температуры. После закалки спаянная конструкция может также подвергаться искусственному старению. Технический результат заключается в повышении прочности паяных соединений из алюминиевых сплавов. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности, может использоваться для получения паяных изделий из термоупрочняемых алюминиевых сплавов для изготовления корпусных конструкций.

Известен способ получения паяных конструкций из алюминия и его сплавов (патент Российской Федерации №2443522), включающий нагрев деталей до температуры пайки, выдержку при температуре пайки и последующее охлаждение с контролируемой скоростью до температуры на 5÷40°С выше температуры неравновесного солидуса применяемого припоя, выдержку при этой температуре в течение 10÷100 минут, а затем последующее окончательное охлаждение до комнатной температуры.

Недостатком данного способа является то, что паяные соединения обладают недостаточно высокими прочностными характеристиками, поскольку термическая обработка применяется для растворения неравновесных эвтектик в паяном шве и не учитывает процесс термообработки основного металла.

Известен способ получения паяных конструкций, включающий пайку и последующую термообработку, заключающийся в проведении после пайки дополнительной термообработки: охлаждении после пайки до комнатной температуры, нагреве до температуры термообработки ниже температуры солидуса, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении (А. Сланский и др. «Капиллярная пайка» М. Машгиз, 1963 г.), прототип. Недостатком данного способа является то, что при пайке термически упрочняемых алюминиевых сплавов на стадии охлаждения формируется неоднородная структура, что требует применения длительного отжига при последующей термообработке и существенно увеличивает трудоемкость изготовления изделия.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик, расширение номенклатуры паяных соединений из алюминиевых сплавов и увеличение срока службы изделий.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочности паяных соединений из алюминиевых сплавов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе пайки деталей из алюминиевых сплавов, включающем пайку и последующую термообработку, пайку и термообработку осуществляют за один цикл нагрева-охлаждения изделия, причем температура пайки должна быть не более чем на 5÷10°С выше предельной температуры нагрева под закалку и не менее чем на 10÷15°С ниже температуры солидуса паяемого алюминиевого сплава, а закалку на стадии охлаждения осуществляют за счет обдува изделия холодным воздухом до комнатной температуры.

После закалки спаянная конструкция может также подвергаться искусственному старению.

Для изготовления паяных конструкций в настоящее время среди промышленно выпускаемых термически упрочняемых сплавов наиболее широкое распространение находят сплавы типа «авиалей», легированные кремнием, магнием и медью. Для обеспечения высоких механических свойств полуфабрикаты из данных сплавов, как правило, подвергаются термической обработке, включающей закалку и искусственное старение. Однако на стадии нагрева под пайку происходит растворение закалочных структур и резкое снижение механических свойств паяных конструкций, что требует проведения после пайки дополнительной термической обработки для увеличения прочности. Другой проблемой при пайке данных сплавов является склонность некоторых марок к самозакаливанию на воздухе. В результате при охлаждении больших корпусных конструкций происходит неравномерный теплоотвод от различных участков, формирование областей с закалочными структурами и возникновение внутренних напряжений, что может приводить к короблению конструкции. Для устранения коробления конструкции требуются достаточно длительная операция термической обработки для снятия напряжений и выравнивания структурного состава сплава, механическое исправление дефекта и последующая термическая обработка на требуемые механические свойства.

В связи с этим для устранения отдельной операции термообработки и уменьшения вероятности коробления конструкции предлагается совместить операцию термообработки с циклом «нагрев-охлаждение» при пайке. Для этого температура нагрева под пайку выбирается с учетом теплофизических свойств основного материала, и должна быть не более чем на 5÷10°С выше предельной температуры нагрева под закалку и не менее чем на 10÷15°С ниже температуры солидуса паяемого алюминиевого сплава.

Нагрев выше предельной температуры под закалку связан с тем, что с учетом термодинамических свойств больших воздушных печей для пайки, по ее объему возможен перепад температуры порядка 10°С, поэтому требуется небольшой перегрев конструкции для равномерного прогрева конструкции.

Превышение температуры солидус сплава в процессе пайки приводит к появлению дефекта типа «пережог», который снижает механические свойства паяной конструкции. Поскольку в процессе пайки возможно неравномерное распределение температур на поверхности изделия, то для полного исключения перегрева конструкции необходимо чтобы температура солидус сплава была как минимум на 10÷15°С выше температуры пайки.

Отличительной особенностью сплавов типа «авиалей» является относительно низкие скорости охлаждения при закалке. В связи с этим для обеспечения процесса закалки можно производить охлаждение холодным воздухом через специально сделанные форсунки в камере печи. Для обеспечения максимальных механических свойств конструкции после пайки обычно производится естественное и искусственное старение при определенной температуре.

Пример

Из алюминиевого термоупрочняемого сплава ТПС-2 (системы Al-Mg-Si-Cu, ТУ1813-011-02066500-2013), с температурой солидуса не менее 600°С и максимальной температурой нагрева под закалку 550°С, печной пайкой с использованием припоя Ал12Г и флюса ФПА-1 были получены 20 образцов. Пайка проводилась в воздушной печи при температуре 580÷585°С, время выдержки 5÷15 мин, по следующему циклу - нагрев до температуры пайки, выдержка, охлаждение с печью до температуры 550°С, охлаждение с помощью обдува холодным воздухом до температуры 100÷150°С, охлаждение с печью до комнатной температуры. После пайки все образцы подвергались чистке в ультразвуковой ванне.

Десять образцов подвергались естественному старению при вылеживании при комнатной температуре в течение 7 дней, десять других - искусственному старению после при 160°С в течение 12 часов.

Механические испытания проводились на типовой разрывной машине Instron. Результаты проведенных испытаний показали, что предел прочности паяных соединений, выполненных по режиму «закалка+естественное старение», находится в диапазоне 178÷194 МПа. Прочность образцов, выполненных по режиму «закалка+искусственное старение», составляет 194÷217 МПа.

Микроструктурные исследования паяных образцов не выявили наличие крупных неравновесных фаз после термообработки, следов коррозионного поражения не обнаружено.

1. Способ пайки деталей из алюминиевых сплавов, включающий пайку и последующую термообработку, отличающийся тем, что пайку и термообработку осуществляют за один цикл нагрева-охлаждения изделия, причем температура пайки должна быть не более чем на 5÷10°С выше предельной температуры нагрева под закалку и не менее чем на 10÷15°С ниже температуры солидуса паяемого алюминиевого сплава, а закалку на стадии охлаждения осуществляют за счет обдува изделия холодным воздухом до комнатной температуры.

2. Способ пайки по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно проводят искусственное старение паяной конструкции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к деформированным изделиям из алюминиево-медно-литиевых сплавов и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов для авиационной и космической промышленности.

Изобретение относится к способу обработки зеркала цилиндра двигателя внутреннего сгорания, выполненного из алюминия или его сплава, включающему хонингование зеркала цилиндра в заготовке с образованием хонингованного зеркала цилиндра, имеющего в ненагруженном состоянии нецилиндрическую исходную форму, способного деформироваться под нагрузкой до цилиндрической формы, и нанесение покрытия на хонингованное зеркало цилиндра электролизом с образованием зеркала цилиндра с покрытием, причем часть покрытия врастает в основной материал, а другая его часть создается снаружи на поверхности основного материала, при этом часть покрытия, которая создается снаружи, имеет большую толщину, чем часть покрытия, вросшая в основной материал.

Изобретение относится к декоративной наружной накладке автотранспортного средства, выполненной из алюминиевого сплава серии АА5ххх, и способу ее изготовления, в частности к окантовке оконных проемов или накладке на корпус кузова.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения деформированных полуфабрикатов в виде профилей различного сечения. Способ получения деформированного полуфабриката из сплава на основе алюминия включает приготовление расплава на основе алюминия, содержащего железо и по меньшей мере один легирующий элемент, выбранный из группы, содержащей цирконий, кремний, магний, медь, скандий, стронций, марганец и никель, получение литой заготовки непрерывной длины путем кристаллизации расплава со скоростью охлаждения, обеспечивающей формирование литой структуры с размером дендритной ячейки не более 60 мкм, горячую прокатку литой заготовки до получения деформированного полуфабриката конечного или промежуточного сечения при начальной температуре заготовки не выше 520°C со степенью деформации до 60%, при этом получают деформированный полуфабрикат со структурой, представляющей собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней по меньшей мере одним выбранным легирующим элементом и эвтектическими частицами с поперечным размером не более 3 мкм.

Изобретение относится к способу изготовления листа из алюминиевого сплава, используемого для изготовления металлических бутылок или аэрозольных баллонов. Способ получения листа включает литье сляба из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Si: 0,10-0,35, Fe: 0,30-0,55, Cu: 0,05-0,20, Mn: 0,70-1,0, Mg: 0,80-1,30, Zn: ≤0,25, Ti: <0,10, неизбежные примеси <0,05 каждая и <0,15 всего, остальное - алюминий, удаление поверхностного слоя и гомогенизацию сляба при температуре 550-630°С в течение по меньшей мере одного часа, горячую прокатку, первый этап холодной прокатки с коэффициентом обжатия 35-80%, рекристаллизационный отжиг, повторную холодную прокатку с коэффициентом обжатия 10-35% до толщины 0,35-1,0 мм, при этом рекристаллизационный отжиг осуществляют при температуре 300-400°С в течение по меньшей мере одного часа.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам обработки алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов). Способ модифицирования силумина включает облучение интенсивным импульсным электронным пучком силумина марки АК12 с энергией электронов 18 кэВ, частотой следования импульсов ƒ=0,3 Гц, длительностью импульса пучка электронов τ=50-150 мкс, плотностью энергии пучка электронов ES=10-25 Дж/см2 и количеством импульсов воздействия n=1-5, при этом облучение проводят на лицевой поверхности образца, расположенной над надрезом, имитирующим трещину, в среде аргона при остаточном давлении 0,02 Па.

Изобретение относится к алюминий-магний-литиевым сплавам и может быть использовано в различных областях промышленности. Алюминиевый сплав содержит, мас.%: 2,0-3,9 Mg, 0,1-1,8 Li, 0,4-2,0 Zn, 0,35-1,5 Cu, до 1,0 Ag, до 1,5 Mn, до 0,5 Si, до 0,35 Fe, необязательно по меньшей мере один вспомогательный элемент, выбранный из группы, состоящей из Zr, Sc, Cr, Hf, V, Ti и редкоземельных элементов, в следующих количествах: до 0,20 Zr, до 0,30 Sc, до 0,50 Cr, до 0,25 каждого любого из Hf, V и редкоземельных элементов, до 0,10 Ti, остальное - алюминий.

Изобретение относится к получению металлических контейнеров, в частности к изготовлению бутылок для напитков, из алюминиевого листа. Способ изготовления бутылки из алюминиевого листа включает получение алюминиевого листа, выполненного из алюминиевого сплава серии 3ххх или 5xxx, при этом алюминиевый лист имеет измеренный в продольном направлении предел текучести при растяжении 27-33 ksi и предел прочности при растяжении, причем предел прочности при растяжении минус предел текучести при растяжении составляет менее 3,30 ksi (ППР-ПТР<3,30 ksi), и при этом алюминиевый лист имеет толщину от 0,006 дюйма до 0,030 дюйма, вытяжку и утонение алюминиевого листа с образованием контейнера с куполом, шейкообразование для уменьшения диаметра части алюминиевого контейнера с образованием бутылки и финишную обработку бутылки, выполненной с возможностью приема крышки.

Изобретение относится к области пластической обработки металлов и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для пластической деформации алюминия и сплавов из алюминия.

Изобретение относится к технологии алюминиевых сплавов и может быть использовано при получении изделий, работающих при повышенных температурах. Алюминиевый сплав, содержащий цирконий и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей железо и никель, имеет структуру, представляющую собой алюминиевую матрицу с распределенными в ней частицами вторично выделенной фазы Al3Zr с кристаллической решеткой L12 и с размером не более 20 нм и частицами фаз эвтектического происхождения в количестве от 0,5 до 3,0 мас.%, содержащих железо и/или никель, при этом алюминиевая матрица содержит по массе не более 1/3 циркония от общего содержания циркония в сплаве.

Изобретение может быть использовано для соединения двух лопаток (21, 23) направляющего аппарата газотурбинного двигателя. Позиционируют друг против друга поверхности (20, 22) первой лопатки (21) и второй лопатки (23), отстоящие друг от друга на величину стыковочного зазора (Е).

Изобретение может быть использовано для получения термостойкого паяного соединения молибден–графит, в частности для изготовления анодов рентгеновских трубок. Формируют сборку из молибденовой и графитовой деталей и уложенного между ними припоя.

Изобретение может быть использовано для соединения металлических деталей (11, 12), имеющих температуру солидуса выше 1000°C. Наносят депрессорную присадку (14), содержащую фосфор и кремний, для снижения температуры плавления на поверхность (15) первой металлической детали (11).

Изобретение может быть использовано для получения неразъемно соединенного пластинчатого теплообменника (1). Теплообменные пластины, имеющие температуру солидуса выше 1100oC, устанавливают друг за другом с образованием пакета (3).

Изобретение может быть использовано для соединения металлических деталей, имеющих температуру солидуса выше 1100°C. На поверхность (15) первой металлической детали (11) наносят подавляющий плавление состав (14), содержащий подавляющий плавление компонент, включающий по меньшей мере 25 мас.% бора и кремния для снижения температуры плавления первой металлической детали (11).

Изобретение может быть использовано при изготовлении высокотемпературной пайкой неразъемно соединенного пластинчатого теплообменника. Металлические теплообменные пластины, имеющие температуру солидуса выше 1100°С, установлены друг за другом и образуют пакет с чередующимися межпластинными пространствами.

Изобретение может быть использовано при изготовлении отдельных секций камер жидкостных ракетных двигателей. Изготавливают двухслойную паяную конструкцию, состоящую из внешней силовой оболочки, выполненной из стали или сплава на никелевой основе, и внутренней оребренной оболочки, выполненной из меди или сплава на основе меди.
Изобретение может быть использовано при высокотемпературной пайке изделий из алюминия и его сплавов, например плоских термоплат. Сборку деталей под пайку производят через металлическую проставку, имеющую предел прочности, больший или равный пределу прочности материала паяемых деталей.

Изобретение может быть использовано при изготовлении теплообменника из алюминия или его сплавов, состоящего из чередующихся между собой пластин и гофр. На детали теплообменника наносят покрытие, служащее припоем.

Изобретение может быть использовано при пайке пористых материалов с подложкой, например, для уплотнений торцов лопаток газотурбинных двигателей со статором или при изготовлении панелей шумоглушения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, может использоваться для получения паяных изделий из термоупрочняемых алюминиевых сплавов для изготовления корпусных конструкций. Способ включает пайку и последующую термообработку, причем пайку и термообработку осуществляют за один цикл нагрева-охлаждения изделия, при этом температура пайки должна быть не более чем на 5÷10°С выше предельной температуры нагрева под закалку и не менее чем на 10÷15°С ниже температуры солидуса паяемого алюминиевого сплава, а закалку на стадии охлаждения осуществляют за счет обдува изделия холодным воздухом до комнатной температуры. После закалки спаянная конструкция может также подвергаться искусственному старению. Технический результат заключается в повышении прочности паяных соединений из алюминиевых сплавов. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Наверх