SU1743745A1

SU1743745A1 - Method of contact-reactive soldering

Info

Publication number: SU1743745A1
Application number: SU904787742A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Федорович Квасницкий; Александр Михайлович Костин; Сергей Михайлович Самохин; Вячеслав Григорьевич Молдавский; Наталья Александровна Разумова; Эдуард Львович Хандрос
Original assignee: Научно-производственный центр при Николаевском кораблестроительном институте им.адм.С.О.Макарова
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Использование: пайка литейных жаропрочных никелевых сплавов, используемых при изготовлении узлов газотурбинных двигателей . Сущность изобретени : соедин емые поверхности и прокладку, помещаемую между ними, нагревают раздельно до температуры пайки перед сборкой, производ т сборку, прикладывают усилие сжати и выдерживают при температуре пайки. 2 ил., 1 табл. (Л СUsage: brazing of foundry heat-resistant nickel alloys used in the manufacture of gas turbine engine assemblies. SUMMARY OF THE INVENTION: The joining surfaces and the gasket placed between them are heated separately to the brazing temperature before assembling, assembled, a compressive force is applied and held at the brazing temperature. 2 ill., 1 tab. (Ls

Description

Изобретение относитс к области пайки , преимущественно к способам пайки литейных жаропрочных никелевых сплавов, используемых при изготовлении узлов газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to the field of soldering, mainly to the methods of soldering of foundry heat-resistant nickel alloys used in the manufacture of gas turbine engine (GTE) units.

Известно применение припоев, содержащих цирконий, гафний, титан, никель и кобальт дл соединени металлов между собой и металлов с керамикой.The use of solders containing zirconium, hafnium, titanium, nickel and cobalt is known for joining metals between themselves and metals with ceramics.

Па ные соединени никелевых сплавов в однородном сочетании, полученные этими припо ми, характеризуютс низкими пластичностью и жаропрочностью.The solder compounds of nickel alloys in a uniform combination, obtained by these solders, are characterized by low ductility and heat resistance.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс способ диффузионной сварки, по которому между соедин емыми поверхност ми помещают слой из металла, вступающего с никелем в контактно-реактивное плавление, прикладывают усилие сжати и осуществл ют нагрев до образовани в контакте жидкойThe closest to the technical essence of the invention is a method of diffusion welding, in which a layer of metal is introduced between the surfaces to be joined and nickel enters the contact-reactive melting, a compressive force is applied and the heating is carried out until a liquid forms in contact

фазы. В качестве материала, вступающего с никелем в контактное плавление, используют цирконий или его сплав с никелем и нагрев ведут до температур, превышающих температуру плавлени цирконий-никелевого сплава, но ниже температуры плавлени никелевого сплава.phases. Zirconium or its alloy with nickel is used as the material entering into contact melting with nickel and heating is carried out to temperatures higher than the melting point of the zirconium-nickel alloy, but lower than the melting point of the nickel alloy.

Однако совмещенный нагрев прокладки циркони и никелевого сплава не обеспе- чивает пластичных и жаропрочных соединений. Это объ сн етс присутствием интерметаллидов, образующихс в па ном шве при контактно-реактивном плавлении и затрудн ющих удаление жидкой фазы из стыка при сжатии. Длительна прочность па ных соединений литейных никелевых сплавов при 900°С имеет низкую стабильность результатов. Среднее значение 100- часовой прочности соединений не превышает 90% прочности основного материала . Это не удовлетвор ет требовани м,However, the combined heating of the zirconium and nickel alloy gasket does not provide ductile and heat-resistant compounds. This is due to the presence of intermetallic compounds formed in the weld seam during contact-reactive melting and making it difficult to remove the liquid phase from the joint during compression. The long-term strength of the solder joints of cast nickel alloys at 900 ° C has a low stability of results. The average value of the 100-hour strength of the joints does not exceed 90% of the strength of the base material. It does not satisfy the requirements.

ч .N соh. N with

4four

.&ь СП. & j sp

предъ вл емым к соединени м высокотемпературных узлов ГТД.imposed on the joints of high-temperature gas turbine engine units.

Целью изобретени вл етс повышение жаропрочности па ных соединений в системах с интерметаллидами.The aim of the invention is to increase the heat resistance of paired compounds in systems with intermetallic compounds.

Поставленна цель достигаетс тем, что в предлагаемом способе нагрев соедин емых поверхностей и прокладки до температуры пайки осуществл ют до сборки раздельно.This goal is achieved by the fact that in the proposed method the heating of the joining surfaces and the gasket to the soldering temperature is carried out separately before assembly.

Регистрацию характера выделени теплоты в процессе пайки дл за вл емого способа и прототипа проводили методом термического дифференциального анализа на установке ВДТА-8МЗ. Полученные термограммы приведены на фиг.2 (qi - способ- прототип; Q2 - предлагаемый способ). Выдел ющеес тепло пропорционально площади под кривой термограммы. При этомд1 аг(фиг.2).The character of heat release during the soldering process for the proposed method and the prototype was recorded by thermal differential analysis using a VDTA-8MZ unit. The obtained thermograms are shown in figure 2 (qi is the prototype method; Q2 is the proposed method). The heat released is proportional to the area under the thermogram curve. When thisd1 ar (figure 2).

Дл у снени сути изобретени рассмотрим механизмы формировани па ных соединений по за вл емому способу и способу-прототипу (схема нагрева образцов представлена на фиг.1 , а - способ-прототип , б - предлагаемый способ).In order to clarify the essence of the invention, let us consider the mechanisms of formation of paired compounds according to the proposed method and the prototype method (the heating circuit of the samples is presented in Fig. 1, a is the prototype method, b is the proposed method).

При пайке по способу-прототипу припой формируетс начина с температуры 961°С и по мере повышени температуры претерпевает значительные изменени фазового и химического состава. При этом в интервале температур 960-1170°С выдел етс значительное количество тепла, которое обусловливает экзотермический эффект реакции контактного плавлени . Так как скорость нагрева образцов в процессе пайки по сравнению со скоростью контактного плавлени достаточно мала, то выдел ющеес дополнительное тепло равномерно распредел етс по всему объему образцов и не оказывает существенного вли ни на формирование соединени . Процессы фэзооб- разовани нос т равновесный характер, в св зи с чем фазовый состав металла шва сплава ЧС70ВИ при температуре пайки 1200°С соответствует диаграммному и представл ет собой твердый раствор никел и некоторое количество интерметалли- дов на основе фазы NlsZr. Присутствие интерметаллидов в стыке преп тствует полному удалению жидкой фазы (припо ) при сжатии, что способствует снижению пластичности и длительной прочности па ных соединений по сравнению с основным материалом .In the case of soldering in the prototype method, the solder is formed starting from a temperature of 961 ° C and undergoes a considerable change in phase and chemical composition as the temperature rises. In this case, in the temperature range 960-1170 ° C, a significant amount of heat is released, which causes the exothermic effect of the contact melting reaction. Since the rate of heating of the samples during the soldering process is rather small compared to the rate of contact melting, the additional heat released is evenly distributed throughout the sample volume and does not significantly affect the formation of the joint. The processes of phase formation are equilibrium, in connection with which the phase composition of the weld metal of the ChS70VI alloy at a soldering temperature of 1200 ° C corresponds to the diagram one and is a nickel solid solution and some amount of intermetallics based on the NlsZr phase. The presence of intermetallic compounds at the junction prevents the complete removal of the liquid phase (solder) during compression, which contributes to a decrease in ductility and long-term strength of soldered joints compared with the base material.

При пайке по за вл емому способу соедин емые детали и прокладки циркони нагреваютс вплоть до температуры пайки (Тп 1150°С) в разведенном состо нии. При такой схеме нагрева припой начинает форIn the case of soldering, according to the claimed method, the connected parts and zirconium gaskets are heated up to the soldering temperature (Tp 1150 ° C) in a diluted state. With this heating scheme, the solder starts to form

мироватьс лишь в момент соприкосновени деталей с прокладкой, т.е. не при 961°С, а при 1150°С. Поскольку эффект экзотермической реакции зависит от свойств взаимодействующих материалов, то и в этом случае выдел етс то же количество теплоты, что и при пайке по способу-прототипу. Однако момент его выделени мы сознательно смещаем в сторону температуры 1150°С. В этом случает тепло экзотермической реакции выдел етс за значительно более короткий промежуток времени и с гораздо большей интенсивностью, что обеспечивает локальный перегрев в зоне соединени . Таким образом , схема пайки за вл емого способа существенно отличаетс от известного и соответствует критерию изобретени новизна .only at the time when the parts come in contact with the gasket, i.e. not at 961 ° C, but at 1150 ° C. Since the effect of the exothermic reaction depends on the properties of the interacting materials, in this case the same amount of heat is released as in the soldering method of the prototype. However, we deliberately shift the moment of its release towards the temperature of 1150 ° C. In this case, the heat of the exothermic reaction is released in a much shorter period of time and with much greater intensity, which provides local overheating in the joint zone. Thus, the soldering scheme of the claimed method differs significantly from the known one and meets the criteria of the invention of novelty.

Расчетна оценка и экспериментальна проверка данных показывает, что температура стыка в момент приведени во взаимодействие прокладки и основного металла повышаетс по сравнению с общей температурой на дес тки и сотни градусов. В этих услови х процесс формировани носит неравновесный характер, когда подавл етс образование промежуточных соединенийThe calculated evaluation and experimental verification of the data shows that the temperature of the joint at the time of bringing the gasket into the interaction with the base metal increases in comparison with the total temperature by tens and hundreds of degrees. Under these conditions, the formation process is non-equilibrium when the formation of intermediate compounds is suppressed.

типа NiZnz, NiZr, и др., а наиболее устойчивое интерметаллидное соединение типа NisZr успевает растворитьс в никелевой матрице соедин емого сплава. Это способствует формированию зоны соединени such as NiZnz, NiZr, et al., and the most stable intermetallic compound of the NisZr type manages to dissolve in the nickel matrix of the alloy being combined. This contributes to the formation of a joint zone.

без интерметаллидных составл ющих со структурой и свойствами на уровне основного материала.without intermetallic compounds with structure and properties at the level of the base material.

Таким образом, применение за вл емого способа позвол ет за счет мгновенногоThus, the use of the claimed method allows, due to the instantaneous

выделени тепла при взаимодействии предварительно разогретых основного металла и прокладки использовать дополнительный естественный источник нагрева зоны соединени , т.е. полезно использовать зкзотермический эффект контактного плавлени в металлических системах с интерметаллидами . Это дает возможность осуществл ть пайку при температурах более низких, чем уheat generation in the interaction of preheated base metal and gaskets to use an additional natural source of heating of the joint zone, i.e. It is useful to use the exothermic effect of contact melting in metallic systems with intermetallic compounds. This makes it possible to solder at temperatures lower than that of

известного способа, и предотвращать разупрочнение основного металла. Это подтверждают результаты механических испытаний,known method, and to prevent the weakening of the base metal. This is confirmed by the results of mechanical tests,

Использование Л Т-эффекта контактного плавлени в других област х также не обнаружено. Это позвол ет сделать вывод о наличии критери изобретени существенные отличи .The use of the L T effect of contact melting in other areas was also not detected. This allows us to conclude that there is a criterion of the invention of significant differences.

Предложенный способ можно использовать дл соединени металлических систем, образующих между собой интерметаллидные соединени с выделени ем достаточно большого количества теплоты . Это обеспечивает повышение ресурса работы различных агрегатов, в частности ГГД.The proposed method can be used to connect metallic systems that form intermetallic compounds between themselves with the release of a sufficiently large amount of heat. This provides an increase in the service life of various units, in particular GGD.

Примеры конкретного выполнени .Examples of specific performance.

Механические характеристики соединений определ ли на образцах литейного никелевого сплава ЧС70ВИ, па ных в вакууме Па в течение 5 мин, при давлении сжати 10 МПа. Температура пайки дл за вл емого способа составила 1150°С, дл способа-прототипа - 1200°С.The mechanical characteristics of the compounds were determined on samples of the ChS70VI nickel casting alloy, pa vacuum vacuum for 5 min, at a compression pressure of 10 MPa. The soldering temperature for the proposed method was 1150 ° C; for the prototype method, it was 1200 ° C.

Результаты испытаний приведены в таблице.The test results are shown in the table.

П р и м е р. В первом случае пайку ведут через прокладку циркони и нагрев осуществл ют по схеме прототипа, т.е. прокладка и образцы совмещены.PRI me R. In the first case, soldering is carried out through a zirconium gasket and heating is carried out according to the prototype scheme, i.e. laying and samples are combined.

Механические испытани па ных сре- динений показали, что при 900°С и нагрузке 250 МПа, врем до разрушени образцовMechanical tests of paired compounds showed that at 900 ° С and a load of 250 MPa, the time until the specimens were destroyed

00

5five

00

составл ло 48-140 ч. Разрушение происходило по припою.48-140 hours. Destruction occurred by solder.

В случае нагрева по за вл емому способу врем до разрушени при тех же параметрах испытани составило 110-172 ч. Разрушение происходило по основному металлу .In the case of heating, according to the proposed method, the time to destruction with the same test parameters was 110-172 hours. The destruction occurred on the base metal.

Claims

Claims of the method of contact-reactive soldering, in which a gasket is placed between the joining surfaces, apply a compressive force and produce isothermal holding at the soldering temperature, characterized in that, in order to increase the heat resistance of soldered joints in systems with intermetallic compounds. heating of the joining surfaces and gaskets to soldering temperature is carried out before assembly separately.

I

Gasket

T

but

T

1

Jf

Cnocoff Lhoto / T / M

For b / g emyi

FIG. Z