Патент на изобретение №2278007

(54) СПОСОБ ПАЙКИ ДЕТАЛЕЙ, ОДНА ИЗ КОТОРЫХ ВЫПОЛНЕНА ИЗ КАРБИДА ТИТАНА ИЛИ СПЛАВОВ НА ЕГО ОСНОВЕ

(57) Реферат:

Изобретение может быть применено при соединении пайкой разнородных деталей, одна из которых выполнена из карбида титана или его сплавов, используемых в различных машинах, механизмах и аппаратах высоких давлений и высоких температур. Между соединяемыми поверхностями размещают припой из эвтектического сплава медь-титан с добавкой легкоплавких металлов. Пайку осуществляют в вакууме. Нагрев проводят с промежуточной выдержкой при температуре образования эвтектики не менее 20 мин и последующей выдержкой при достижении температуры плавления припоя. Охлаждают с выдержкой при температуре 700…750°С не менее 15 мин с последующим охлаждением до комнатной температуры. Использование изобретения обеспечивает получение изделий с высокими прочностными характеристиками и высокой износо-коррозийной стойкостью для работы при температуре до 700°С.

Изобретение относится к области соединений деталей пайкой и может быть применено при соединении разнородных материалов в турбостроении, теплоэнергетики, в частности в различных машинах, механизмах и аппаратах высоких давлений и высоких температур.

Известен способ пайки разнородных материалов, при котором на твердосплавную пластину из карбида титана наносят припой на мелко-никелевой основе толщиной 0,05-0,1 мм электроискровым легированием и нагревают до температуры плавления припоя, затем твердосплавную пластину собирают со стальной державкой и осуществляют пайку нагревом на установке ТВЧ с приложением давления, при этом стальную державку направленно охлаждают (патент РФ №1822041, МПК В 23 К 1/19 “Способ изготовления твердосплавного инструмента” опубликован БИ №20.95 г.).

Недостатками указанного способа являются сложная технология нанесения припоя на твердосплавную пластину, дополнительная операция облуживания припоем твердосплавной пластины, а пайку необходимо осуществлять с приложением давления и одновременным охлаждением металлической державки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ пайки карбида титана и сплавов на его основе и стали, при котором между соединяемыми деталями размещают прокладку из никельсодержащего сплава с температурой ликвидус 1150°С. Прокладку нагревают, расплавляют и соединяют детали (патент Япония №6079768, МПК В 23 К 1/19 “Способ соединения сплава с карбидом титана и стали и сварное изделие”, опубликован. 01.06.98 г.).

Недостатком этого способа является относительно высокая температура пайки, что оказывает существенное влияние на основной металл и паяное соединение, вызывая миграцию углерода, распад твердого раствора, рост интерметаллидных слоев, что ухудшает механические характеристики паяного соединения, а также ограниченность по пайке других металлов и их сплавов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является понижение температуры пайки, увеличение номенклатуры применяемых металлов и сплавов на их основе, улучшение механических характеристик паяного соединения.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого способа, следующий:

– снижена температура пайки до 900°С;

– увеличена номенклатура соединяемых металлов и сплавов на их основе (медь, никель, молибден, тантал, ниобий, вольфрам и др.);

– улучшены механические характеристики паяемого соединения.

Для решения поставленной задачи в известном способе между соединяемыми деталями, одна из которых выполнена из карбида титана или сплавов на его основе, размещают припой и осуществляют нагрев до температуры плавления припоя, выдержку и охлаждение. Предлагается в качестве припоя использовать сплав эвтектического состава медь-титана с добавкой легкоплавких металлов олово, индий. Выбор медно-титанового припоя обусловлен тем, что титан, образующий эвтектические сплавы почти со всеми металлами, растворяет газонепроницаемую окисную пленку TiO и взаимодействует (смачивает) с карбидом титана, а добавки легкоплавких металлов олово и индий позволяют снизить температуру пайки.

Нагрев производят до температуры образования эвтектики медь-титан и выдерживают при этой температуре не менее 20 минут. В результате происходит взаимное растворение титана, олова и индия в меди и получение активного сплава, что обеспечит при температуре плавления активного сплава смачивание паяемых металлов и карбида титана или его сплавов. Охлаждение производят до температуры 700…750°С с выдержкой при этой температуре не менее 15 минут. В процессе выдержки происходит термическое упрочнение паяного соединения. Упрочнение при термообработке происходит вследствие распада перенасыщенного твердого раствора и выделения в дисперсном состоянии интерметаллида. Также этот вид упрочнения можно назвать интерметаллидным, где проявляются оба механизма упрочнения – растворный и интерметаллидный, играющие важную роль в создании высокопрочных паяных соединений. Дальнейшее охлаждение производят до комнатной температуры. Пайку осуществляют в вакууме 1·10^-3-1·10^-4 мм рт.ст.

Пример. При пайке кольца уплотнительного из карбида титана и мембраны из сплава 29НК торцевых уплотнений по стыку деталей размещали припой из медно-титановой фольги эвтектического состава с добавкой легкосплавных металлов олово, индий. Собранные для пайки детали размещали в рабочем объеме электровакуумной печи СГВ23/15.

Пайку осуществляли по следующему температурному режиму:

– нагрев до температуры 700°С со скоростью 5°С/мин;

– выдержка при температуре 700°С в течение 20 минут;

– нагрев до температуры плавления припоя 900^±10°C со скоростью 5°С/мин;

– выдержка при температуре плавления припоя в течение 2 минут;

– охлаждение до температуры 700°С со скоростью 5°С/мин;

– выдержка при температуре 700°С в течение 15 минут.

Дальнейшее охлаждение осуществляли с печью до комнатной температуры. Температура в печи измерялась платино-платинородиевой термопарой с точностью ±10°С.

Качество полученного спая оценивали по герметичности до и после термоциклирования. Термоциклирование проводили по режиму: нагрев до температуры 200°С с последующим охлаждением до -70°С. При этом трещины в карбиде титана и паяном шве отсутствовали, герметичность не изменялась и составляла по натеканию гелия не более 1·10^-8 МПа·м³/с.

Данный способ может быть реализован на распространенном электровакуумном термическом оборудовании. Он экономичен и позволяет получать изделия с высокими прочностными характеристиками и высокой износо-коррозийной стойкостью для работы при температуре до 700°С.

Формула изобретения

Способ пайки деталей, одна из которых выполнена из карбида титана или из сплавов на его основе, включающий размещение припоя между соединяемыми поверхностями, нагрев до температуры плавления припоя и охлаждение, отличающийся тем, что пайку осуществляют в вакууме, в качестве припоя используют сплав эвтектического состава медь – титан с добавкой легкоплавких металлов, при этом нагрев осуществляют с промежуточной выдержкой при температуре образования эвтектики не менее 20 мин и последующей выдержкой при достижении температуры плавления припоя, а охлаждение детали проводят с выдержкой при температуре 700…750°С не менее 15 мин и последующим охлаждением до комнатной температуры.