Припій для паяння жароміцних сплавів

Реферат: Винахід належить до паяння, зокрема до хімічного складу припою, що використовується для паяння жароміцних сплавів на основі нікелю, кобальту, заліза та інтерметалідних сплавів. Припій для паяння жароміцних сплавів містить нікель, хром, паладій, германій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нікель – 25-50, хром – 10-30, германій – 0,5-3,8, паладій – решта. Запропонований склад припою забезпечує одержання високих механічних властивостей паяних з'єднань при підвищених температурах та тривалих навантаженнях і може бути рекомендований для використання при створенні конструкцій та ремонті деталей гарячого тракту газотурбінних двигунів та інших об'єктів високотемпературного призначення. UA 98549 C2 (12) UA 98549 C2 UA 98549 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід на припій для паяння жароміцних сплавів належить до паяння, зокрема до хімічного складу припою, що використовується для паяння жароміцних сплавів на основі нікелю, кобальту, заліза, інтерметалідних сплавів, які знаходять застосування при виготовленні та ремонті паяних деталей гарячого тракту турбіни та інших об'єктів високотемпературного призначення. Методи паяння включають нагрівання припою, зазвичай, в формі порошку, пасти або стрічки до температури, що перевищує температуру плавлення припою, але знаходиться нижче температури плавлення матеріалу, що паяється, щоби уникнути зниження його механічних властивостей. Для паяння жароміцних сплавів застосовують нікелеві припої, що вміщують такі елементидепресанти, як бор та кремній. Відомий припій марки ВПр 11 на основі нікелю, що містить (у мас. %): 14-16 Cr, 4-5 Si, 2-3 B, 3-5 Fe, 0,1-1,0 Аl, Ni - решта (Припои никелевые. Технические условия, ГОСТ 23861-79). Недоліками цього припою є присутність таких депресантів, як бор та кремній, що з одного боку знижують температуру паяння, а з іншого сприяють утворенню легкоплавких крихких фаз в паяному шві. Відомий припій на основі нікелю, що має наступний хімічний склад (у мас. %): 25-35 Pd, 5-20 Co, 10-13 В або Si, 5 Mo, Ni - решта (US 4746379). Недоліками даного припою є присутність таких елементів, як бор (або кремній), що призводять до формування евтектичних крихких фаз в центральній частині паяного шву і тим самим вони зменшують тривалу міцність паяних з'єднань. Крім того, бор має високу дифузійну активність і проникає по границям зерен в матеріал, що паяється, що призводить до утворення легкоплавких евтектичних фаз вздовж паяного шву і погіршує тривалу міцність при високих температурах. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є припій, вибраний нами як найближчий аналог, наступного складу (у мас. %): 33 Ni, 19 Cr, 0,2 Si, решта Pd (ТУ 48-1-408-83 на смуги паладієвого припою. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петрунина. 3-е изд., С. 74 перераб. и доп. М: Машиностроение, 2003, 480 с.). Недоліками цього припою є низька тривала міцність паяних з'єднань жароміцних нікелевих сплавів при температурі 550 °C. Задачею винаходу, що заявляється, є створення припою для паяння жароміцних сплавів, що забезпечує необхідну тривалу міцність паяних з'єднань при підвищеній температурі. Поставлена задача вирішується тим, що припій для паяння жароміцних сплавів, містить хром, нікель, паладій та германій при наступному співвідношенні (мас. %): нікель 25-50 хром 10-30 германій 0,5-3,8 паладій решта. При вмісті хрому менше 10 мас. % не забезпечується необхідна високотемпературна корозійна стійкість паяних з'єднань. Підвищення хрому до 31 % призводить до утворення фази CrPd та фази Ni2Cr, в останній при температурі 590 °C відбувається упорядкування, що утруднює обробку тиском. Концентрація нікелю вибрана для умови забезпечення мінімального інтервалу плавлення припою. При вмісті нікелю менше 25 % та більше 51 % суттєво збільшується інтервал плавлення та підвищується температура паяння. Легування припою германієм обґрунтовано підвищеною розчинністю останнього в нікелі, що складає до 12 мас. % та в паладії - до 2 % при температурі 200 °C. Використання германію як депресанту для паладієвого припою забезпечує отримання твердого розчину на основі паладію, що в свою чергу дозволяє отримати даний припій в вигляді тонкої стрічки з використанням традиційних методів обробки тиском, зокрема куванням до отримання прямокутного профілю та подальшим прокатуванням до отримання стрічки товщиною 0,05 мм. При вмісті германію менше 0,5 % не забезпечується зниження температури плавлення сплаву. При вмісті більше 3,8 мас. % значно знижується температура, але одночасно збільшується кількість фази GePd5, припій стає крихким, що не дає можливості оптимати високі показники тривалої міцності та обробляти його традиційними металургійними методами. Приклад. Зливки припійних сплавів були виплавлені методом електродугового плавлення зі складами, що відповідають крайнім і середнім значенням концентрації компонентів, що заявляється, а також вище і нижче запропонованого інтервалу і сплаву-прототипу (табл. 1). Традиційними методами обробки тиском, зокрема куванням та подальшим прокатуванням отримували стрічки товщиною 0,05 мм. 1 UA 98549 C2 5 10 Були проведені іспити запропонованого припою. Вони включали паяння стикових з'єднань та їх іспит для визначення механічних властивостей при кімнатній та підвищеній температурах, а також тривалої міцності. Як основний матеріал використовували жароміцний нікелевий сплав Інконель 718. Паяння проводили в вакуумній печі з радіаційним нагрівом при температурі 1230 °C. Механічні випробування проводили при температурі 20, 550 °C. Тривалу міцність визначали при температурі 550 °C та навантаженні 780 МПа. Результати випробувань подані в таблиці 2. Їх аналіз дозволяє зробити наступні висновки. Припій, що відповідає складу, що заявляється (припої № 1-3) забезпечують необхідну тривалу міцність при підвищеній температурі. Використання припою, що пропонується, суттєво підвищить експлуатаційні характеристики та надійність паяних з'єднань при підвищених температурах та навантаженнях. Таблиця 1 Хімічний склад виплавлених сплавів Найменування компонентів Ni Pd Cr Ge № п/п 1 2 3 4 Вміст елементів, мас. % 2 3 4 29 50 52 39,1 36,2 30 30 10 8 1,9 3,8 10 1 25 54,5 20 0,5 5 8 55 37 0,0 Таблиця 2 Результати іспитів паяних з'єднань жароміцного нікелевого сплаву № припою 1 2 3 4 5 Найближчий аналог 112-132 50-80 85-98 20-29 32-43 Міцність паяних з'єднань при температурі 20 °C, МПа 1160-1170 1190-1290 980-1120 820-860 930-980 29-65 1275-1310 Тривала міцність паяних з'єднань (год.) Міцність паяних з'єднань при температурі 550 °C, МПа 970-1000 1010-1030 955-980 690-715 715-756 980-1060 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Припій для паяння жароміцних сплавів, що містить нікель, хром, паладій, який відрізняється тим, що додатково містить германій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: нікель 25-50 хром 10-30 германій 0,5-3,8 паладій решта. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2