СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПАЯНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2001 года по МПК B23K1/19 B23K1/20 C22F1/10 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к изготовлению двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и сплава на основе меди, применяемых в узлах вращения энергетических агрегатов и работоспособных в условиях высоких скоростей, повышенных динамических нагрузок и в среде сильного окислителя, например жидкого или газообразного кислорода.

Указанные двухслойные паяные конструкции в узлах вращения энергетических агрегатов используются в качестве буфера между трущихся деталей, выполненных из высокопрочных легированных сталей. Необходимость использования такого буфера обусловлена тем, что при высоких скоростях, например более 1000 об/мин, возможно возгорание трущихся деталей (валов) в среде сильного окислителя, например жидкого или газообразного кислорода. Выполнение такого буфера в виде двухслойной паяной конструкции (кольца) диктуется необходимостью использования в нем как высокопрочного и пластичного сплава на никелевой основе, так и высокотеплопроводного сплава на основе меди, поскольку при таком сочетании свойств буфера возможно предотвращение искрения вращающихся при высоких скоростях деталей узла энергетических установок.

Известен способ изготовления двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и высокотеплопроводного металла - бронзы, включающий термическую обработку детали из сплава на никелевой основе - закалку с температуры 1080±5^oC, нагрев до 1000^oC с выдержкой при ней в течение 1 часа и после охлаждения - ступенчатое старение при 900±20^oC, при 800±20^oC, при 700±50^oC и при 600±50^oC, далее сборку конструкции с размещением на паяемых поверхностях припоя на основе серебра и пайку при 925±5^oC в атмосфере инертного газа - аргона (см. патент России N 2105080, кл. C 22 F 1/10).

Спаянные конструкции обладают относительно высокими механическими свойствами, однако, могут использоваться только в узлах энергетических установок, работающих в отсутствии сильного окислителя и при относительно невысоких динамических нагрузках. Использовать известную технологию для изготовления двухслойных паяных конструкций в качестве буфера между трущихся деталей при их вращении выше 1000 об/мин невозможно в виду того, что сплав на никелевой основе после термообработки и пайки обладает механическими свойствами, недостаточными для надежной работы в экстремальных условиях. При высоких динамических нагрузках, ввиду пониженной прочности и пластичности этого сплава, конструкции имеют склонность к разрушению.

Задача изобретения - создание технологии изготовления двухслойных паяных конструкций, при которой полученные изделия были бы способны выполнять роль буфера между трущихся вращающихся со скоростью более 1000 об/мин деталей при больших динамических нагрузках и в атмосфере сильного окислителя.

Задача решена за счет того, что при предварительной термической обработке детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе закалку осуществляют с температуры 980±10^oC, а старение - при 730±10^oC, после сборки конструкции и размещения на паяемых поверхностях припоя процесс пайки проводят при температуре 980±10^oC, а после охлаждения спаянную конструкцию подвергают старению при температуре 730±10^oC. Предварительную термическую обработку проводят в атмосфере воздуха, а пайку - в атмосфере инертного газа - аргона на опорном кольце с применением в качестве припоя сплава на основе серебра.

Технический результат - повышение механических свойств сплава на никелевой основе, обеспечивающее работоспособность паяной конструкции во вращающихся узлах энергетических установок при скорости более 1000 об/мин в атмосфере жидкого или газообразного кислорода.

Согласно изобретению способ осуществляют следующим образом.

Необходимо изготовить двухслойное паяное кольцо, содержащее одну деталь из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе марки ЭК-61, а другую - из сплава на основе меди марки M1. Изготовленное механическим методом кольцо из сплава ЭК-61 перед сборкой и пайкой подвергают термической обработке. Для этого его закаливают на воздухе с температуры 980±10^oC с последующим старением при 730±10^oC. Время выдержки при термообработке определяют экспериментальным путем в зависимости от технологических требований. При закалке в сплаве происходит полное растворение упрочняющих фаз γ′ и γ″ и получение пересыщенного твердого раствора. В процессе старения при 730±10^oC происходит выделение из раствора до 60% упрочняющих фаз средней дисперсности. Проведение старения при указанной температуре при предварительной термообработке кольца из сплава ЭК-61 необходимо для получения стабильных размеров деталей в процессе пайки. Далее осуществляют сборку конструкции, для этого на паяемые поверхности колец наносят припой из сплава на основе серебра, собранную конструкцию располагают на опорном кольце, помещают в контейнер, заполняют его инертным газом - аргоном, герметизируют и устанавливают в печь для пайки. Проводят диффузионную пайку при температуре 980±10^oC, при которой происходит растворение упрочняющих фаз в матричной структуре. Расположение конструкции на опорном кольце обеспечивает поджатие паяемых колец друг к другу. После пайки контейнер охлаждают до комнатной температуры, а затем снова нагревают до температуры старения - 730±10^oC, при которой протекают процессы выпадения упрочняющих γ′ и γ″ фаз, обеспечивающие сплаву ЭК-61 повышенную прочность и пластичность.

Были проведены металлографические исследования и механические испытания кольца из сплава ЭК-61 после предварительной термообработки и термообработки после пайки. Исследования показали на наличие в его структуре упрочняющих γ′ и γ″ фаз средней дисперсности. Механические свойства при комнатной температуре представлены в таблице 1.

Анализ таблицы 1 показал, что сплав ЭК-61 после термообработок обладает повышенными механическими свойствами по сравнению со свойствами сплава на никелевой основе, обработанного по известному способу.

Двухслойные паяные кольца были подвергнуты испытаниям в качестве буфера между вращающимися деталями из высоколегированной стали со скоростью более 1000 об/мин в атмосфере жидкого и газообразного кислорода. Разрушения колец не наблюдалось.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к изготовлению двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и сплава на основе меди, применяемых в узлах вращения энергетических агрегатов и работоспособных в условиях высоких скоростей, повышенных динамических нагрузок и в среде сильного окислителя. Способ предусматривает предварительную термообработку детали из сплава на никелевой основе путем закалки на воздухе с температуры 980±10° С и последующего старения при 730+10°С. После размещения на паяемых поверхностях припоя (серебряного сплава) и сборки осуществляют пайку конструкции в контейнере в атмосфере аргона при температуре 980+10°С. В контейнере конструкцию располагают на опорном кольце. После пайки проводят старение при температуре 730+1^oС. Техническим результатом изобретения является улучшение механических свойств сплава на никелевой основе, обеспечивающее работоспособность паяной конструкции во вращающихся узлах при скорости более 1000 об/мин в атмосфере жидкого или газообразного кислорода. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления двухслойных паяных конструкций преимущественно в форме колец, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и сплава на основе меди, включающий предварительную термическую обработку деталей из сплава на никелевой основе - закалку и старение, сборку конструкций с размещением припоя на паяемых поверхностях, пайку в защитной атмосфере и последующее охлаждение, отличающийся тем, что при предварительной термической обработке закалку деталей из сплава на никелевой основе осуществляют с температуры 960 ± 10^oC, а старение - при температуре 730 ± 10^oC, пайку проводят при температуре 980 ± 10^oC, а после охлаждения спаянную конструкцию подвергают старению при температуре 730 ± 10^oC. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную термическую обработку деталей из сплава на никелевой основе осуществляют в атмосфере воздуха. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве припоя используют сплав на основе серебра. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что пайку двухслойных конструкций проводят в контейнере в атмосфере инертного газа - аргона. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что пайку проводят на опорном кольце, поджимающем паяемые детали друг к другу.