Способ диффузионной сварки Советский патент 1991 года по МПК B23K20/16 

Изобретение относится к сварке давлением, в частности к диффузионной сварке безвольфрамовых твердых сплавов со сталями, и может быть использовано для производства инструмента, быстроизнашивающихся деталей типа фильер, волок, торцовых уплотнений и др.

Известен способ диффузионной сварки (ДС) через промежуточную пористую прокладку, спеченную из ультрадисперсного порошка.

Недостатками известного способа являются сложная технология изготовления прокладки и недостаточная прочность соединения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ ДС через промежуточную прослойку в виде пасты из ультрадисперсного (УД) металлического порошка и органического связующего.

Недостатком известного решения является сложность нанесения прокладки на свариваемые поверхности и обеспечение равномерного распределения УД порошка по поверхности детали, а также большая длительность процесса и недостаточная прочность соединения.

Цель изобретения - интенсификация процесса ДС и повышение прочности диффузионного соединения безвольфрамовых твердых сплавов со сталями.

Поставленная цель достигается тем, что при ДС безвольфрамовых твердых сплавов со сталями используют прокладку, состоящую из УД металлического порошка, например никелевого, с температурой плавления на 120-130°С ниже температуры плавления компактного аналогичного материала, в качестве связки берут каучук, а процесс ведут на I стадии при 700°С на II стадии при

ON Ю 00 О

ю

1050°С с выдержкой при каждой температуре по 15 мин.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Между свариваемыми поверхностями деталей размещают промежуточную прокладку из УД металлического порошка с .температурой плавления на 120 130°С ниже температуры плавления компактного аналогичного материала, например никелевого, и органической связки в виде раствора каучука в ацетоне. Собранную деталь устанавливают в вакуумную камеру, нагревают до Ti 700°C, выдерживают в течение 15 мин, прикладывают давление, затем повышают температуру до Та 1050°С и выдерживают 16 мин. После образования соединения нагрев прекращают, снимают сварочное давление и детали охлаждают в сварочной камере до 100-120°С.

Технология получения промежуточной прокладки из УД порошка и органической связки заключается в смешивании раствора каучука в ацетоне и УД порошка, полученного термическим разложением муравьинокислых солей при 200-240°С в защитной атмосфере аргона. Твердым продуктом разложения является УД порошок никеля, имеющий высокую удельную поверхность 16-25 м2/г, характеризующийся высокой плотностью искажений кристаллической решетки и дефектов в ней и обладающий повышенным запасом свободной энергии. Температура плавления этого ультрадисперсного порошка на 120-130°С ниже температуры плавления компактного аналогичного материала. При спекании такого порошка в процессе сварки активно протекают релаксационные процессы при более низких температурах. Эти особенности предлагаемой прокладки обеспечивают высокие скорости диффузии компонентов, снижение энергии активации процесса и таким образом интенсифицируют процесс сварки.

Физическая сущность предлагаемого технического решения ДС с прослойкой с органическим связующим в виде каучука заключается в следующем. В процессе нагрева п рокладки до Ti 700°C происходит термическое разложение органической связки с образованием твердой фазы в виде активного углерода, который восстанавливая оксиды на соединяемых поверхностях, дополнительно интенсифицирует процесс ДС.

Проведение процесса сварки при температуре ниже 700°С не обеспечивает эффекта очистки соединяемых поверхностей от оксидов, так как не реализуется реакция их восстановления углеродом. Единовременный нагрев до Та 1050°С увеличивает

скорости разложения органической связки и снижает качество соединения вследствие образования несплошностей за счет выделения газообразных продуктов разложения

органической связки. Ведение процесса ДС при температуре выше 1050°С обеспечивает интенсивные диффузионные процессы компонентов, но приводит к повышенной деформации стальной части детали и неоправданным затратами энергии.

Пример 1. Производили ДС инструмента (пуансона) из безвольфрамового твердого сплава ТСЗОХН со сталью 45 по известному и предлагаемому способам.

По известному способу использовали прокладку в виде пасты из формиата никеля и органической связки в виде глицерина. Произвели ДС, затем испытания на срез. Прочность соединения 190 МПа.

По предлагаемому способу применили прокладку в виде ленты толщиной 10 мкм, изготовленной из УД никелевого «порошка с температурой плавления на 120-130°С ниже температуры плавления компактного никеля и органической связки в виде раствора каучука в ацетоне. Ленту вырезали по профилю свариваемой детали, помещали между свариваемыми поверхностями и производили сварку в II стадии: приТт 700°С; р 20 МПа;

t 15 мин; Та 1050°С; р 20 МПа; t 15 мин. Прочность соединения на срез 353 МПа.

Пример 2, Производили ДС пуансона из сплава ТСЗОХН со сталью 45 по предлагаемому способу, используя указанную прокладку, на запредельных значениях предлагаемых технологических параметров.

ДС производили по режиму: TI 600°С; р - 20 МПа; t 15 мин; Т2 1050°С; р 20

МПа; t 15 мин. Прочность при испытании на срез 210 МПа.

ДС производили по режиму: Та 1050°С; р 20 МПа; t 15 мин. Прочность при испытании на срез 235 МПа.

ДС производили по режиму: TI 700°С;

р 20 МПа; t 15 мин; Та 1100°С; р 20

МПа; t 15 мин. Прочность на срез 395 МПа

при относительной деформации стальной

части детали 6 %.

Таким образом, по предлагаемому способу получены сварные соединения безвольфрамового твердого сплава ТСЗОХН со сталью 45 с прочностью на 40-60% выше прочности соединений, сваренных по известному способу, при сокращении длительности процесса в 1,5-2 раза.

Расчет экономической эффективности. Для рассмотренных в примере 1 деталей по известному способу расчетная себестои:.

мость узла составляет Ci б руб., выход годных hi 60%.

По предлагаемому способу прогнозный расчет стоимости одной детали дает С2 6,9 руб., выход годных h2 90%. При годовой программе выпуска N 10 000 шт., условный годовой экономический эффект равен: Эу.г. hi/h2 (Ca-Ci)N 21 000 руб.

Формула изобретения Способ диффузионной сварки разнородных материалов, при котором между свариваемыми поверхностями размещают промежуточную прослойку в виде пасты из ультрадисперсного металлического порош0

ка и связующего вещества, детали нагревают, сдавливают и осуществляют изотермическую выдержку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения и интенсификации процесса при сварке безвольфрамовых твердых сплавов со сталями, берут ультрадисперсный порошок с температурой плавления на 120-130°С ниже температуры плавления компактного аналогичного материала, в качестве связующего вещества берут каучук, а изотермическую выдержку осуществляют при температурах 700 и 1050 С в течение 15 мин при каждой температуре.

Изобретение относится к сварке давлением, в частности к диффузионной сварке безвольфрамовых твердых сплавов со сталями, и может быть использовано для производства инструмента, быстроизнашивающихся деталей типа волок, фильер, торцовых уплотнений и др. Цел ь изобретения - интенсификация процесса диффузионной сварки и повышение прочности диффузионного соединения. Между свариваемыми поверхностями размещают промежуточную прокладку, состоящую из ультрадисперсного порошка, например никелевого, и связки, причем используют ультрадисперсный порошок с температурой плавления на 120-130°С ниже температуры плавления компактного аналогичного материала, в качестве связки берут каучук, а процесс ведут на 1-ой стадии при TI 700°C, на 11-ой стадии при Т2 1050°С с выдержкой по 15 мин при каждой температуре. В процессе сварки происходит термическое разложение органической связки с образованием твердой фазы в виде активного углерода.