СПОСОБ ПАЙКИ ЖАРОПРОЧНЫХ ДИСПЕРСИОННО-ТВЕРДЕЮЩИХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЬ-ХРОМОВОЙ ОСНОВЕ Российский патент 1999 года по МПК B23K1/19 B23K103/04 

Изобретение относится к области пайки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе и может найти применение при изготовлении конструкций, работающих в теплонагруженных условиях и химически активных средах.

Известен способ пайки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе, при котором перед пайкой осуществляют термическую обработку заготовок (отжиг) в электропечах индукционным или другим методом. В результате происходит предотвращение хрупкого разрушения под напряжением деталей из этих предварительно отожженных сплавов (см. Н.Ф.Лашко, С.В.Лашко "Пайка металлов", М., Машиностроение, 1977, стр. 300-302).

Однако детали, прошедшие обычный отжиг, находятся в напряженно-деформированном состоянии в результате наличия нестабильности структуры дисперсионно-твердеющего сплава, приводящем, например, при неравномерности нагрева деталей к возникновению напряжений растяжения, а значит, и трещин в металле в процессе пайки.

Задача изобретения - создание такой технологии пайки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе, при которой в основном металле конструкций, изготовленных из этих сплавов, отсутствовали бы такие дефекты, как трещины.

Задача решена за счет того, что в процессе термической обработки сначала выполняют закалку с последующим нагревом до 1000 ±5^oC с выдержкой в течение 1 час ± 5 мин, затем осуществляют ступенчатое охлаждение сначала до температуры 900±20^oC с выдержкой 30-50 мин, далее до 800±20^oC с выдержкой 80 - 100 мин, далее до 700 ± 50^oC с выдержкой 4 - 6 час и затем до 600 ± 50^oC с выдержкой 6 - 8 час, а пайку выполняют путем нагрева до температуры 980 ± 20^oC с выдержкой 30±1 мин и быстрого охлаждения со скоростью 15 ± 5^oC/мин до 750 ± 30^oC с выдержкой 10 - 20 мин.

Технический результат - повышение стабильности структуры сплава и его пластичности, способствующие предотвращению образования трещин и повышению работоспособности конструкции.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1. Осуществляли пайку элемента конструкции днища, состоящего из кольца, выполненного из дисперсионно-твердеющего сплава на никель-хромовой основе марки ЭП-202, и диска - из бронзы марки БрХ0,8. Использовали припой на основе медь-серебро.

Перед пайкой заготовку кольца закаливали с температуры 1080±5^oC с охлаждением на воздухе, затем нагревали на воздухе до температуры 1000±5^oC и выдерживали при ней в течение 1 час ± 5 мин и далее осуществляли ступенчатое охлаждение. Для этого заготовку кольца охлаждали с печью до 920^oC, выдерживали при ней в течение 30 мин, охлаждали с печью до 820^oC, выдерживали при ней 80 мин, охлаждали с печью до 750^oC, выдерживали при ней 4 час и охлаждали с печью до 650^oC, выдерживали 6 час. Далее проводили охлаждение на воздухе. Оптимальные температура и время выдержки на всех ступенях процесса охлаждения заготовки выбирались с учетом обеспечения максимальной пластичности сплава при предварительных испытаниях образцов из этого сплава.

На паяемые поверхности деталей конструкции располагали припой на основе медь-серебро, далее производили пайку в индукционной печи. Осуществляли нагрев конструкции до температуры 960^oC с выдержкой при ней в течение 30±1 мин с последующим быстрым охлаждением до 780^oC. Скорость охлаждения - 15± 5^oC/мин. При данной температуре выдержку проводили в течение 10 мин.

В результате предложенной термической обработки и режима пайки структура сплава приобретала стабильность и высокую пластичность, что сделало ее нечувствительной к воздействию жидкого припоя, при этом напряжения, возникшие в паяемой конструкции, не привели к разрушению металла, находящегося в контакте с расплавленным припоем, поэтому при пайке в конструкции трещины и разрушения отсутствовали. Отмечен непрерывный рост пластичности сплава в интервале температур плавления припоя 720 - 980^oC. Это обстоятельство указывает на отсутствие объемных изменений в нем, т.е. на обеспечение стабильности структуры.

Пример 2. Паяли ту же конструкцию, что и в примере 1. Термическую обработку кольца до ступенчатого охлаждения осуществляли по технологии, описанной в примере 1. Ступенчатое охлаждение проводили следующим образом. Заготовку кольца из сплава ЭП-202 охлаждали с печью до 880^oC, выдерживали при ней в течение 50 мин, охлаждали с печью до 780^oC, выдерживали при ней в течение 100 мин, охлаждали с печью до 650^oC, выдерживали при ней 6 час и охлаждали с печью до 550^oC с выдержкой при ней в течение 8 час. Далее проводили охлаждение на воздухе.

При пайке использовали припой, аналогичный в примере 1. Нагрев конструкции осуществляли до температуры 1000^oC с выдержкой при ней в течение 30 мин с последующим быстрым охлаждением до 720^oC со скоростью 15±5^oC/мин. Время выдержки при этой температуре составляло 20 мин.

Микроскопический анализ показал отсутствие трещин и каких-либо других дефектов в основном металле конструкции за счет повышения его пластичности.

Способ может быть использован в различных отраслях машиностроения для пайки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе. Выполняют термическую обработку заготовок под пайку. Производят закалку. Осуществляют нагрев до 1000^oС с выдержкой 1 ч. Производят ступенчатый отжиг. Пайку осуществляют путем нагрева до 980 ± 20^oС с выдержкой 30 мин. Быстро охлаждают деталь до 750 ± 30^oС с выдержкой 10 - 20 мин. Получают паяное соединение с высокой пластичностью, без трещин.

Способ пайки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе, включающий подготовку под пайку путем термической обработки и пайку, отличающийся тем, что в процессе термической обработки сначала выполняют закалку с последующим нагревом до 1000^oC с выдержкой в течение 1 ч, затем осуществляют ступенчатое охлаждение сначала до температуры 900 ± 20^oC с выдержкой 30 - 50 мин, далее до 800 ± 20^oC с выдержкой 80 - 100 мин, далее до 700 ± 50^oC с выдержкой 4 - 6 ч и затем до 600 ± 50^oC с выдержкой 6 - 8 ч, а пайку выполняют путем нагрева до температуры 980 ± 20^oC с выдержкой в течение 30 мин и быстрого охлаждения до температуры 750 ± 30^oC с выдержкой 10 - 20 мин.