Способ диффузионной сварки

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ц ) В 23 К 20/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4723644/27 (22) 26,07.89 (46) 15.12.91, Бюл. N 46 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (72) Г,А.Щепетина, В.П,Антонов и Н.M.Хохлачева (53) 621.791,66(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1174215, кл. В 23 К 20/00 // 20/16, 1983. (54) СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ (57) 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 упИзобретение 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.

„,5U<» 1698819 А1 лотнений и др, Цель 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 I-ой стадии при T> = 700 С, íà II-ой стадии при Tz = 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.

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 иэ 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 1 стадии при 700 С, на II стадии при

1698019

45

1050"С с выдержкой при ка>кдой температуре по 15 мин.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, Между свариваемыми поверхностями деталей размещают промежуточную прокладку из УД металлического порошка с

;температурой плавления на 20 — 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 ,цо Т1 = 700 С, выдерживаю1 в течение 15 мин, прикладывают давление, затем повышают температуру до Т2 =- 1050 С и выдерживают 15 мин. После образования соединения нагрев прекращают, снимают сварочное давление и детали охлаждают в сварочной камере до 1ОΠ— 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 — 24ООС в защитной атмосфере аргона, Твердым продуктом разложения является УД порошок никеля, имеющий высокую удельную поверхность 16 — 25 м /r, 2 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 прокладки до Тс = 700ОС и роисходит термическое раэло>кение органической связки с образованием твердой фазы в виде активного углерода, который восстанавливая оксиды на соединяемых поверхностях,,цополнительно интенсифицирует процесс ДС, Проведение процесса сварки при температуре ниже 700ОС не обеспечивает эффекта очистки соединяемых поверхностей от оксидов, так как не реализуется реакция их восстановления углеродом. Единовременный нагрев до Т2 =- l050 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 ТС30ХН со сталью 45 по известному и предлагаемому спЬсобам.

По известному способу использовали прокладку в ви,це пасты иэ 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 никелевогосорошка 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 П стадии: при T> = 700 С, р = 20 МПа, t= 15 мин; Т2 = 1050 С; р = 20 МПа; с = 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, назапредельныхэначениях предлагаемых технологических параметров.

ДС производили по режиму; Т1 = 600 С; р=20 МПа; с=15 мин; Т2=1050 С; р=20

МПа; t = 15 мин, Прочность при испытании на срез 210 МПа, ДС производили по режиму: Т2

1050 С; р =; t = 15 мин. Прочность при испытании на срез 235 МПа.

ДС производили по режиму: T> = 700 C; р = 20 МПа; с = 15 мин; Т2 = 1100 С; р = 20

МПа; t = 15 мин. Прочность на срез 395 МПа при относительной деформации стальной

1 части детали 6 %, Таким образом, по предлагаемому способу получены сварные соединения безвольфрамового твердого сплава ТС3ОХН 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-,.

1698019

Составитель В.Петросян

Редактор С,Лисина Техред М.Моргентал Корректор Н.Король .

Заказ 4354 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 мость узла составляет С1 = 6 руб., выход годных й1- 60 .

По предлагаемому способу прогнозный расчет стоимости одной детали дает Cz = 6,9 руб., выход годных hz = 90 . При годовой программе выпуска N = 10 000 шт., условный годовой экономический эффект равен: Эу,г, h1/h2 (C2-C1)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 порошка и связующего вещества, детали нагревают, сдавливают и осуществляют изотермическую выдержку, о т л и ч à ю щи и с я тем, что, с целью повышения качества сварного

5 соединения и интенсификации процесса при сварке безвольфрамовых твердых сплавов со сталями, берут ультрадиснерсный порошок с температурой плавления на 120 — 130 С ниже температуры плавления компактного

10 аналогичного материала, в качестве связующего вещества берут каучук, a изотермическую выдержку осуществля ют и ри температурах 700 и 1050 С в течение 15 мин при каждой температуре, 5