Способ изготовления двухслойных паяных конструкций

 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к изготовлению двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и высокотеплопроводного металла, применяемых в узлах энергетических агрегатов, работающих в широком интервале температур и давления, а также в среде жидкого и газообразного кислорода. Способ осуществляется следующим образом: деталь из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе предварительно подвергают закалке с температуры (1000±30)°С с последующим ступенчатым старением сначала при (740±15)°С, а затем - при (650 ±10)°С. После размещения припоя на деталях из сплавов на никелевой основе и на основе серебра и сборки их паяют в атмосфере инертного газа при (775±10)°С с предварительной изотермической выдержкой при (650±10)°С. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости конструкции в среде жидкого и газообразного кислорода и механических свойств сплава на никелевой основе. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности к изготовлению двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и высокотеплопроводного металла, применяемых в узлах энергетических агрегатов, работающих в широком интервале температур и давления, а также в среде жидкого и газообразного кислорода.

В процессе пайки конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющих сплавов на никелевой основе, под влиянием различных факторов, в частности воздействия жидкого припоя, в них возникают растягивающие напряжения, приводящие к появлению трещин, а значит и к возможному разрушению конструкций при эксплуатации. Для повышения эксплуатационных свойств необходимо проведение перед пайкой термообработки деталей из этих сплавов для повышения их прочности и пластичности.

Известен способ изготовления двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и высокотеплопроводного металла - бронзы. Способ включает в себя предварительную термообработку детали из сплава на никелевой основе - закалку с температуры (1080±5)^oC, нагрев до 1000^oC, выдержку при ней в течение 1 ч и после охлаждения - ступенчатое старение при (900±20)^oC, при (800±20)^oC, при (700±50)^oC и при (600±50)^oC. Охлаждение на воздухе. Собранные детали с размещенным в них припоем на серебряной основе паяют при (925±5)^oC в атмосфере инертного газа (см. патент России N 2105080, кл. C 22 F 1/00, 1995).

В результате проведенной термообработки деталей из сплава на никелевой основе в двухслойных паяных конструкциях после испытаний трещин и разрушений не наблюдалось. Достигнут рост пластичности в интервале температур плавления припоя до значений удлинения δ, равного 30-40%, сужения ψ - до 55%.

Однако изготовленные по известной технологии двухслойые паяные конструкции имеют недостаточную стойкость к возгоранию в среде жидкого и газообразного кислорода и, кроме того, уровень механических свойств сплава на никелевой основе недостаточен для использования его в экстремальных условиях.

Задача изобретения - создание технологии изготовления двухслойных паяных конструкций, при которой были бы получены изделия, работоспособные в среде кислорода в экстремальных условиях.

Задача решена за счет того, что в качестве теплопроводного металла используют серебро, детали из сплава на никелевой основе предварительно подвергают термообработке - закалке с температуры (980±10)^oC и ступенчатому старению сначала при (740±15)^oC, а затем при (650±10)^oC, нагрев под пайку осуществляют с изотермической выдержкой при (650±10)^oC, а процесс пайки - при (775±10)^oC.

Технический результат - повышение стойкости конструкции в среде жидкого и газообразного кислорода и прочностных свойств сплава на никелевой основе.

Согласно изобретению способ осуществляют следующим образом.

Необходимо спаять конусообразную крышку из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе марки ЭК-61 с кольцом, выполненным из сплава, содержащего 80-99% серебра. Изготовленную механическим методом коническую крышку перед сборкой и пайкой предварительно подвергают термической обработке. Для этого ее закаливают на воздухе с температуры (1000±30)^oC с последующим ступенчатым старением сначала при (740±15)^oC, а затем при (650±10)^oC. Выбор времени выдержек определяется технологическими требованиями. При закалке в сплаве происходит полное растворение упрочняющих γʹ- и γʺ-фаз и получение пересыщенного твердого раствора. В процессе старения при (740±15)^oC происходит выделение из раствора до 60% упрочняющих фаз средней дисперсности, а в процессе старения при (650±10)^oC - полное выделение их в мелкодисперсном состоянии. Такое соотношение дисперсностей γʹ- и γʺ-фаз обеспечивает сплаву повышенную прочность. После указанной термообработки на паяемые участки крышки и серебряного кольца наносят медно-серебряный припой, собирают двухслойную конструкцию и помещают в контейнер, в который вводят инертный газ - аргон и герметизируют. Нагрев контейнера под пайку осуществляют с изотермической выдержкой при (650±10)^oC, необходимой для выравнивания температур паяемых деталей. В процессе нагрева выше указанной температуры происходит коагуляция γʹ- и γʺ-фаз, необходимая для достижения требуемой пластичности. Пайку конструкции проводят при (775±10)^oC с последующим охлаждением контейнера до комнатной температуры.

Были проведены металлографические исследования и механические испытания дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе после термообработки и пайки, а также испытания спаянной двухслойной конструкции в экстремальных условиях в атмосфере жидкого и газообразного кислорода. Механические свойства сплава при комнатной температуре представлены в таблице.

Анализ исследований показал, что в результате термической обработки и пайки дисперсионно-твердеющий сплав обладает повышенными механическими свойствами, а благодаря наличию в конструкции серебряного кольца ее эксплуатационные свойства при экстремальных условиях в атмосфере жидкого и газообразного кислорода достаточно высоки. Разрушения конструкции не наблюдалось.

Формула изобретения

1. Способ изготовления двухслойных паяных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и высокотеплопроводного металла, включающий предварительную термическую обработку деталей из сплава на никелевой основе - закалку и ступенчатое старение, сборку конструкций с размещением припоя, пайку в защитной атмосфере и последующее охлаждение, отличающийся тем, что в качестве высокотеплопроводного металла используют серебро, в процессе термической обработки закалку деталей из сплава на никелевой основе осуществляют с температурой (1000 ± 30)^oC, а ступенчатое старение - сначала при (740 ± 15)^oC, а затем при (650 ± 10)^oC, пайку проводят при (775 ± 10)^oC с предварительной изотермической выдержкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев и пайку двухслойных конструкций проводят в контейнере в атмосфере аргона.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что изотермическую выдержку при нагреве под пайку осуществляют при (650 ± 10)^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1