способ диффузионно-реактивного соединения металлов и сплавов

Формула изобретения

Способ диффузионно-реактивного соединения металлов и сплавов, при котором собранные детали нагревают до температуры, превышающей температуру образования эвтектики между основным металлом и металлом-депрессантом, отличающийся тем, что для повышения качества соединения путем уменьшения толщины жидкой прослойки в шве и расширения технологических возможностей способа вследствие обеспечения выполнения различных типов соединений детали собирают с фиксированным минимальным по ширине соединяемым зазором, а металл-депрессант размещают непосредственно около этого зазора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии соединения и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности, в авиастроении и энергетике при изготовлении деталей из жаропрочных сплавов.

В качестве аналога выбран способ контактно-реактивной пайки, при котором между соединяемыми поверхностями деталей помещают прослойку из металла, вступающего в контактно-реактивное плавление с основным металлом, и нагревают их до температуры, превышающей температуру образования эвтектики (Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. - М.: Машиностроение, 1988. - 376 с. ил.). При этом способе нет необходимости в предварительном изготовлении припоя. Получаемая жидкая фаза (контактно-реактивный припой) близка по составу к основному материалу, отличается от него наличием в определенной концентрации металла прослойки (металла-депрессанта).

Недостатком данного способа является то, что паяные швы, образованные эвтектиками, содержащими хрупкие химические соединения, имеют пониженные пластичность и прочность. Устранить этот недостаток соединений, например, высокотемпературным диффузионным отжигом деталей для выравнивания состава и структуры в зоне соединения практически очень сложно из-за большой ширины кристаллизационных зон паяных швов, получаемых этим способом соединения.

В качестве прототипа выбран способ контактно-реактивной пайки, при котором между соединяемыми поверхностями деталей помещают прослойку из металла, вступающего в контактно-реактивное плавление с основным металлом, нагревают их до температуры, которая превышает температуру образования эвтектики, и прикладывают усилие сжатия (там же). При этом способе соединения, благодаря давлению, большая часть эвтектики удаляется из зазора, толщина жидкой прослойки в шве существенно уменьшается. Практически становится возможным путем последующего высокотемпературного диффузионного отжига устранить структурную неоднородность в зоне соединения и повысить ее свойства до уровня свойств основного материала.

Недостатком данного способа является то, что соединение в таких условиях трудно осуществимо, особенно для тонкостенных изделий и изделий с замкнутыми швами, что существенно ограничивает возможности этого способа.

Задача изобретения состоит в повышении качества соединения путем уменьшения толщины жидкой прослойки в шве и расширения технологических возможностей способа вследствие обеспечения получения разных типов соединений.

Суть изобретения в том, что предложен способ диффузионно-реактивного соединения металлов и сплавов, при котором собранные детали нагревают до температуры, превышающей температуру образования эвтектики между основным металлом и металлом-депрессантом, отличающийся тем, что для повышения качества соединения путем уменьшения толщины жидкой прослойки в шве и расширения технологических возможностей способа вследствие обеспечения выполнения различных типов соединений детали собирают с фиксированным минимальным по ширине соединяемым зазором, а металл-депрессант размещают непосредственно около этого зазора.

Размещение металла-депрессанта (в виде фольги, ленты и пр.) на поверхности деталей непосредственно около соединяемого зазора, а не между соединяемыми поверхностями, дает возможность:

- ограничивать при сборке деталей ширину паяемого зазора вплоть до нулевого значения;

- инициировать при температуре соединения образование определенного количества расплава (эвтектики) за счет контактно-реактивного плавления металла-депресанта и основного металла непосредственно около входа в соединяемый зазор и последующего заполнения им этого зазора под действием капиллярных сил;

- уменьшить растворение основного металла в жидкой фазе, заполнившей зазор, поскольку она близка к насыщению, и ограничить тем самым увеличение толщины жидкой прослойки в шве;

- создать благодаря небольшой толщине жидкой прослойки в шве реальные условия при последующей высокотемпературной обработке для ее изотермической кристаллизации, выравнивания по составу, структуре и свойствам зоны соединения с основным материалом;

- применять порошковый наполнитель из основного материала при соединении деталей с широким, в том числе некапиллярным зазором;

- выполнять все типы соединений, а также осуществлять ремонт и восстановление деталей путем залечивания выходящих на поверхность трещин, раковин и других дефектов.

Пример. Выполняли диффузионно-реактивное соединение стыковых образцов прямоугольного сечения 5×25 мм из сплава на основе никеля. Соединяемые поверхности образцов подготавливали шлифовкой и промывкой органическими растворителями. Подготовленные стыковые образцы собирали в приспособлении, обеспечивающем фиксацию и прилегание их друг к другу по соединяемым поверхностям с минимальным, практически нулевым зазором. На одной из боковых граней над стыком образцов размещали и прихватывали точечной сваркой к поверхности обоих образцов полоску фольги из металла-депрессанта толщиной 10÷20 мкм. Собранные образцы вместе с приспособлением нагревали в вакууме 10^-2-10^-3 Па до температуры образования эвтектики между металлом-депрессантом и основным металлом. После длительной изотермической выдержки образцы охлаждали с заданной для данного материала скоростью, а затем подвергали старению.

Исследования и испытания образцов показали, что на начальном этапе процесса соединения, после заполнения активным расплавом зазора, толщина жидкой прослойки в шве составляет всего несколько микрометров. За время изотермической выдержки при высокой температуре за счет диффузии металла-депрессанта в основной металл прослойка успевает закристаллизоваться без образования избыточных фаз, а сама зона соединения по своему составу и структуре приближается к основному металлу. Прочность полученных соединений на уровне прочности основного металла.

Изобретение расширяет технологические возможности способа контактно-реактивной пайки, поскольку позволяет выполнять самые различные типы соединений с фиксированными минимальными зазорами (встык, внахлест, цилиндрические и пр.), производить соединения широких некапиллярных зазоров и залечивать поверхностные дефекты (раковины, трещины) с использованием порошкового наполнителя из основного материала.