Припой на основе никеля
Владельцы патента RU 2283742:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которые могут найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из монокристаллических никелевых сплавов. Припой на основе никеля для соединения никелевых жаропрочных сплавов содержит следующие компоненты, мас.%: хром 25,0-32,0; алюминий 7,5-9,0; вольфрам 1,0-2,5; титан 0,6-1,5; молибден 0,05-0,6; кремний 0,05-0,3; кобальт 0,1-1,0; железо 0,06-0,5; никель - остальное. Припой обеспечивает повышение жаропрочности и жаростойкости соединений при рабочих температурах на воздухе до 1200°С, что позволит существенно повысить надежность паяных соединений и увеличит ресурс ГТД. 3 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которые могут найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из монокристаллических никелевых сплавов.
Известен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, в мас.%:
| Хром | 8,5-10,0 |
| Железо | 3,5-5,0 |
| Бор | 0,2-0,4 |
| Кремний | 6,0-7,3 |
| Вольфрам | 8,0-10,0 |
| Молибден | 10,0-12,0 |
| Никель | Остальное |
(Справочник по пайке, стр.76, Машиностроение, 2003 г.)
Недостатками известного припоя являются большие значения эрозии при пайке жаропрочных никелевых монокристаллических сплавов, невысокий уровень жаропрочности соединений при температурах выше 1000°С.
Известен также припой для пайки жаропрочных сплавов следующего химического состава, в мас.%:
| Хром | 13,0-25,0 |
| Кремний | 2,0-3,0 |
| Марганец | 5,0-15,0 |
| Молибден | 6,0-15,0 |
| Никель | Остальное |
(СССР а.с. №485846) Известный припой не является жаростойким при температурах выше 900°С.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является припой следующего химического состава, в мас.%:
| Хром | 6,0-7,0 |
| Бор | 0,2-0,3 |
| Кремний | 2,5-3,0 |
| Вольфрам | 8,5-9,5 |
| Молибден | 1,6-2,0 |
| Алюминий | 4,0-5,0 |
| Ниобий | 10,0-11,0 |
| Титан | 1,0 |
| Никель | Остальное |
(Справочник по пайке, стр.74, Машиностроение, 2003 г.)
Недостатками припоя является то, что соединения на основе никель-алюминиевого интерметаллида, выполненные этим припоем, обладают невысокой жаропрочностью при температурах 1100-1150°С и неработоспособны при температуре 1200°С.
Технической задачей изобретения является повышение жаропрочности и жаростойкости соединений при рабочих температурах на воздухе до 1200°С.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен припой на основе никеля для соединения никелевых жаропрочных сплавов, содержащий хром, алюминий, вольфрам, титан, молибден, кремний, который дополнительно содержит кобальт, железо при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
| Хром | 25,0-32,0 |
| Алюминий | 7,5-9,0 |
| Вольфрам | 1,0-2,5 |
| Титан | 0,6-1,5 |
| Молибден | 0,05-0,6 |
| Кремний | 0,05-0,3 |
| Кобальт | 0,1-1,0 |
| Железо | 0,06-0,5 |
| Никель | Остальное |
Введение в сплав кобальта и железа, при заявленном содержании и соотношении других компонентов, обеспечивает высокие значения жаропрочности и жаростойкости паяных соединений никелевых жаропрочных сплавов при температуре до 1200°С на воздухе.
Примеры осуществления.
Предлагаемый припой, как и припой-прототип, выплавлялся в вакуумной индукционной печи. В табл. 1 представлены составы предлагаемых припоев (примеры 1-3) и припоя-прототипа.
| Таблица 1 | |||||||||
| N п/п | Cr | Al | W | Ti | Mo | Si | Co | Fe | Ni |
| 1 | 32,0 | 9,0 | 1,0 | 1,0 | 0,05 | 0,3 | 1,0 | 0,06 | ост. |
| 2 | 28,5 | 8,25 | 2,5 | 1,5 | 0,3 | 0,05 | 0,1 | 0,5 | "-" |
| 3 | 25,0 | 7,5 | 1,75 | 0,6 | 0,6 | 0,2 | 0,55 | 0,3 | "-" |
| прототип | 6,5 | 4,5 | 9,0 | 1,0 | 1,8 | 2,75 | - | В 0,25 | "-" |
| Nb 10,5 |
Пайка проводилась при нагреве в вакуумной печи. Вакуум в процессе выдержки составлял не менее 5·10-4 мм. рт. ст. Температура пайки никель-алюминиевого сплава составляла 1270-1280°С. Выдержка при этой температуре была равна 30 минутам. Навеска каждого припоя в виде кусочков укладывалась вблизи зазора.
Температурный интервал плавления припоев определяли методом дифференциального термического анализа на установке ДТА-7.
Жаропрочность стыковых паяных соединений определялась на образцах из сплава ВКНА-4У (табл.2) и ЖС36 (табл.3). Диаметр рабочей части образца составлял 5 мм. Паяный шов находился в средней части образца и располагался перпендикулярно оси образца. Выдержка при пайке составляла 60 минут.
Жаростойкость паяных соединений оценивалась по изменению кратковременной прочности при комнатной температуре образцов стыковых паяных соединений после выдержки их при 1100°С на воздухе в течение 200 часов.
Свойства предлагаемого припоя и выполненных этим припоем соединений сплава ВКНА-4У в сравнении со свойствами прототипа представлены в табл. 2.
| Таблица 2 | |||
| № п/п | Жаропрочность при 1100°С, кгс/мм2 | Жаропрочность при 1200°С, кгс/мм2 | Потеря прочности стыковых соединений после испытаний на жаростойкость, % |
| 1 | 28-33 | 14-17 | 3 |
| 2 | 26-35 | 14-18 | 5 |
| 3 | 27-37 | 13-18 | 3 |
| прототип | 12-14 | 0 | 60-70 |
Свойства выполненных предлагаемым припоем соединений сплава ЖС-36 в сравнении со свойствами прототипа представлены в табл. 3.
| таблица 3 | ||
| № п/п | Жаропрочность при 1100°С, кгс/мм2 | Потеря прочности стыковых соединений после испытаний на жаростойкостью, % |
| 1 | 16-19 | 6 |
| 2 | 19-20 | 8 |
| 3 | 17-21 | 7 |
| прототип | 12-14 | 60-70 |
Прочность стыковых соединений сплава ВКНА-4 и ЖС-36 при 1100°С, выполненных предлагаемым припоем, в 2 и 1,5 раза соответственно выше, чем у соединений, выполненных припоем - прототипом. Испытания на жаропрочность при 1200°С показали, что соединения сплава ВКНА-4У, выполненные припоем - прототипом разрушались при предварительном нагружении, в то время как соединения, выполненные предлагаемым припоем, имеют значения прочности, близкие к прочности основного материала.
Применение предлагаемого припоя при пайке деталей горячего тракта ГТД и ремонте литья из никелевых жаропрочных сплавов на основе никель-алюминиевого интерметаллида позволит существенно повысить надежность паяных соединений и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД.
Припой на основе никеля для соединения никелевых жаропрочных сплавов, содержащий хром, алюминий, вольфрам, титан, молибден, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Хром | 25,0-32,0 |
| Алюминий | 7,5-9,0 |
| Вольфрам | 1,0-2,5 |
| Титан | 0,6-1,5 |
| Молибден | 0,05-0,6 |
| Кремний | 0,05-0,3 |
| Кобальт | 0,1-1,0 |
| Железо | 0,06-0,5 |
| Никель | Остальное |
