Способ соединения деталей

 

И Е »727393

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик т Г! Т

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 05.10.77 (2! ) 2528702/25 27 с присоелинением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.80. Беллетень ¹ 14 (5!)M. Кл, В 23 P 11/00

Гпсудпрстваннмй кпмитнт

СССР пп делам изобретений и открытий (53) УДК 621. .391.3 (088.8) Дата опубликования описания 18,04.80.

В. П, Исаков, В, С. Сапелкнн, А. И. Соловей, А. П. Образцов и Я. С. Алсараев (72) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (54) СПОСОВ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к соединениям разнородных материалов и может быть использовано для получения неразъемных соединений в машиностроении.

Известен способ соединения разнородных металлов пайкой, при котором используют припой, увеличиваюший свой объем при кристаллизации Plj

Данный способ позволяет увеличить прочность соединений эа счет заклини-! в вания припоя в ивяном соединении.

Однако этот способ применим лишь при последоуюшей работе иэделий ниже

100 150 С иэза низкой температуры плавления apwoes богатых висмутом, а именно висмут увеличивает объем припоя при крист&ллизациие

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности, способ соединены деталей, при котором в местах соедине .ния образуют полость, размещают в ней промежуточный элемент и осуществляют химический процесс, приводяший к увеличению объема промежуточного элемента(2), 2

В описанном способе промежуточный, элемент выполняют иэ гидридообразуюшего материала, при соединении деталей, производят гидрирование промежуточного элемента.

Этот способ может обеспечить надежную эксплуатацию сод! уйения лишь до температуры 400500 С, что свя зано с термическим разложением используемого гидрида. Максимальная температура Эксплуатации таких соединений до 900 С, при этом в зоне эксплуатации соединения необходима водородная среда с давлением, равновесным давлению разложения гидрида.

Кроме того, гидридные материалы, как правило, Не обладаюT корроэионной стойкостью в окислительных средах, например водяяой пар, горячий воздух, кислород и т.д.

Цель изобретения - повышение температуры эксплуатации и корроэионной стойкости соединения.

Р

3 7273

3то достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем размещенные между соединениями деталей rrpci межуточного элемента и проведение химической реакции, приводящей к увеличению объема промежуточного элемейта, промежуточный элемент изготаЬливают из ниобия, а для увеличения его объема проводят окисление.

Окисление промежуточного элемента может быть проведено при 800 900 С о до образования переходной структуры"

Nb -ЙЬО-Ныл -А-Йь D

2 Я.б . Соединение деталей предлагаемым

l способом достигается за счет увеличения объема промежуточного элемента из ниобия при его окислении до NbO, ЙЬО, 2Ф

14Ь2 О . Увеличение объема может достигать 20 4 от первоначального.

Степень окисления, ниобия максимальна по поверхности промежуточного элемента и минимальна внутри него. Такая переходная структура промежуточного элемента обеспечивает возможность эк25 сплуатации соединенных деталей при более высоких температурах и и коррози4 онно-опасных, окислительных средах по . сравнению с соединением при помощи гидридов металлов. Выбор температуры .30 окисления ниобия в диапазоне 800 900 С о обусловлен тем обстоятельством, что в этом диапазоне происходит аномально быстрое окисление ниобия за счет диффузии кислорода в решетке ot. МЬ О З5

Предлагаемый способ позволяет осу ществлять соединение деталей из окислительно -стойких, высокотемпературных материалов, например нержавеющих. ста»

40 цей и сплавов, керамик на основе окиси алюминия, окиси магния, окиси бериллия и т п В разли яых их. Сочетаниях

Для осуществления способа используетсяя стандартное технологическое

45 оборудование, например печь с температу рой нагрева до 900 С. Процесс окисления можно проводить на воздухе, за 1-3 ч (для промежуточных элементов толщиной

0,53 мм).

На фиг". 1 показано соединение двух цилющрическтк втулок по торцай на . фиг. 2 - соединение двух цилиндрических втулок разного диаметра по боковым поверхностяЩ на фиг 3 соединение двух 55 пластин по прилегающим кромкам.

Денный .способ особенно эффективен: в случае соединения окислительно-стойких (в атмосфере горячего воздуха при тем

93 4 опературе до 900 С ) материалов, таких как жаропрочные стали (например, при меняющиеся для изготовления трубопрово дов для подачи горячего воздуха, турбинных лопаток и т.п.), керметы на основе окислов, огнеупорные керамики и стекле.

Эти материалы плохо соединяются друг с другом и с другими окислительно стойкими материалами известными способами (пайкой или сваркой), а их соединение с помощью гидридов, как уже указывалось выше, неработоспособно в окислительной среде при таком уровне температур. В примерах осуществления показана возможность соединения существенно разнородных по физико-механичео-, ким свойствам окислительно"стойких материалов. Каждое соединение при необходимости (трубчатые соединения) испытывалось на герметичность давлением гелия.

Пример l. В торцах втулки 1 (фиг. 1) с толщиной стенок 5 мм, выполненных из стали 12X18HlOT и втулки 2 из стали Х16Н6 вытачивают кольцевые проточки размером 2,5х2,5 мм, образующие полость между торцами втулок. при их стыковке. В полость втулки 1 или 2 между торцами при стыковке втулок помешают по скользящей посадке кольцо 3, изготовленное из ниобия.

Сборку нагревают в атмосфере возду ха при нормальном давлении (1 ата) до.

850 С и выперживают при этой температуре в течение 2 ч. После чего сбоку охлаждают до комнатной температуры.

Такое соединение работоспособно при о температуре до 800 C в среде воздуха и при температуре до 900 С в инерт ной среде. Герметичность соединения при давлении 100 кг/см гелия„полная. Прочность на разрыв составляет

24 кг/мм при комнатной температуре, Пример 2. В полости, образован» ной боковыми поверхностями втулки 1. (фиг; 2), изготовленной из спеченной окиси бериллия, я втулки 2 из стали

12Х18Н10Т.размером 2х5 мм, номе шают, кольцо 3 из ниобия» Сборку Вагревают в течение 1,5 ч на воздухе при о

850 С, после чего охлаждают до комнатной температуры. При испытаниях на герметичность давлением гелия 100 ати герметичность в месте соединения втулок не нарушилась, Сборка после вы

:держки (, ч) в .среде воздуха при

730-750 С при испытаниях на про +727393

5 ность разрушилась по телу втулки из окиси бериллия.

Пример 3. В кромках плоских пластинок (фиг. 3) 4 и 5 с толщиной стенок 10 мм, одна из которых изготов лена из кварцевого стекла,а другая - из силицированного графита марки СГ-Т, выполняют продольные прорези размером 2х3 мм, В полость, образованную прорезями, помешают пластину 6 из ниобия. Сборку нагревают на воздухе до о

900 С и выдерживают в течение 1 ч, Соединенные пластинки выдерживают долговременный (более 100 ч) нагрев в окислительных средах при температурах о до 800 С без разрушения соединения и до 1500 С в инертной среде.

Приведенные примеры показывают, что по предлагаемому способу возможно изготовление соединений, работоспособ- 20 ных в окислительных и коррозионноопасных средах при повышенных температурах. Такие соединения могут найти

1 применение при изготовлении различных автоклавов, в трубопроводах, в измерительной технике (для выводов и соеди» пений термопар, датчиков давления и т.п.), в теплообменных аппаратах, узлах газотурбинных установок и т.д. Использование предлагаемого способа соединения деталей обеспечивает по сравнению с известным способом следующие пре» имушества: .

6 обеспечение возможности повышения температуры эксплуатации соединений, выполненных из высокотемпературных материалов до 1500-1000 Су о обеспечение возможности эксплуатации соединений в окислительных средах о при температуре до 800 С.

Формула изобретен ия

1. Способ соединения деталей, при котором в местах соединения образуют полость, размещают в ней промежуточный

) элемент и проводят химическую реакцию, приводящую к увеличению объема промежуточного элемента, о т л ич а ю ш,и и с я тем, что, с целью повышения температуры эксплуатации и коррозиочной стойкости соединения, промежуточный элемент изготавливают из ниобия, а для увеличения его объема п )оводят окисление.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что окисление промежуточного элемента проводят при 800о

900 С до образования переходной структуры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Манко К. Пайка и припои. М., Машиностроение, 1969, с. 305-306.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2396859, кл. В 23 к 1/00, 197 6.

1

ЦНИИПИ Заказ 1640/12 Тираж 1160 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4