Сварка в машиностроении.Том 4 (1041441), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Широким применением в промышленности пользуется процесс пайки низко- углеродистых и низколегированных сталей медными и медно-цинковыми припоями в печах с активными газовыми средами водорода н диссоциированного аммиака. Достоинства процесса: относительная простота, малые дефицитность и стоимость припоя, а также применяемой газовой среды, хорошая внешняя поверхность деталей после пайки, исключающая необходимость последуюшен обработки паяных узлов. В связи с достаточно высокой температурой плавленя меди (1083' С) имеется возможность последуюшей термической обработки паяных узлов. Наряду с преимушествами этот процесс имеет недостатки: из-за высокой температуры плавления меди пайку осуществляют при температурах 1130 — 1200'С. Это приводи1 к росту зерна и снижению свойств паяемых металлов.
В некоторых случаях для улучшения свойств металла после пайки применяют нормализацию, Высокая температура пайки и большая жидкотекучесть меди приводят к проникновению ее по границам зерен в поверхностные слои паяемого металла и дополнительному снижению его свойств. В связи с высокой жндкотекучестыо меди требуется очень точная обработка деталей при сборке для соблюдения зазоров в некоторых случаях в пределах 0 — 0,03 мм [121. Это усложняет и удорожает технологию пайки. Для снижения требований к допустимой величине зазоров иногда применяют способ металлокерамической пайки порошком меди, разведенным на связке.
Применение активной среды водорода ограничивает номенклатуру паяемых сталей, в которых недопустимо обеэуглероживание поверхности. Лля ограничения роста зерна при пайке медью иногда используют способы пайки с нагревом ТВЧ, в соляных ваннах, электросопротивлением и др. Прн таких способах нагрева существенно сокращается время пребывания металла при высоких температурах и ограничивается рост зерна паяемого металла.
При пайке медью на воздухе применяют флюсы: 18В, буру, 200 и 201. При пайке медью имеются рекомендации по применению газовых сред неполного сгорания смеси воздуха с пропаном, природным газом и другими горючими газами. Пайку рассматриваемых сталей медью можно проводить в среде аргона и в вакууме. Применение для пайки рассматриваемых сталей медно-цинковых припоев позволяет получить ряд преимуШеств: в связи с меньшей температурой плавления этих припоев снижается температура нагрева под пайку и ограничивается рост зерна паяемого металла, появляется воэможность совмещения температуры пайки с т "мпературой термической обработки многих углеродистых и низколегированных сталей При пайке медно-цинковыми припоями требования к величине зазоров менее жесткие (допускаются зазоры от 0,05 до О,! мм). Это обстоятельство позволяет снизить гребования к точности обработки деталей и упрощает процесс их подготовки.
В процессе пайки медно-цинковымн припоями наблюдается испарение цинка, что приводит к повышению температуры распая соединений, но иногда вызь1вает пористость в ивяных швах. Пайка медно-цинковыми припоями может проводиться на воздухе с теми же флюсами, что и для пайки медью, в активных газовых средах водорода и диссоциировлнного аммиака н в нейтральной среде аргона, Из-за испарения цинка пайка медно-цинковыми припоями в вакууме исключается. Применяемые для пайки медно-цинковые припои имеют температуру плавления в пределах 905— 940" С, что позволяет проводить пайку при температурах 9бΠ†9' С. Применение для пайки рассматриваемых сталей серебряных припоев открывает большие возможности для расширения диапазона температур пайки. Это в свою очередь упрощает решение задачи совмещения температуры пайки с температурой термической обработки или проведения термическол обработки после пайки Например, при пайке серебряными припоямн с низкими температ)рами плавления (припой ПСр40) можно решить задачу пайки закаленных узлов при температурах, соответству1ощнх температурам высокого отпуска, ниже точки Ас,.
341 340 Технология пайки и конструирование паяных соединений Пайка различных метальгов Чистое серебро не взаимодействует с железом и не применяется для пайки сталей нз-за плохой смачиваемостн. В связи с этим серебряные припои также обладают малой активностью по отношению к углеродистым и низколегированным конструкционным сталям, Для активации поверхности паяемых металлов необходимо применять более активные флюсы, чем при пайке медью и медно-цинковыми припоями. Пайка серебряными припоями на воздухе может проводиться с применением активных флюсов 209 и 284, в газовых средах водорода, диссоциированного аммиака и аргона. ПАЙКА КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ, ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ К указанной группе материалов можно отнести коррозионно-стойкие стали, имеющие в основе железо и содержащие в качестве легирующих элементов хром; хром и никель; хром, никель, титан; хром, никель, алюминий; коррозионностойкие, жаропрочные стали, отличающиеся от коррозионно-стойких сталей высоким содержанием никеля (от 18 до 37%) и титана (от 2,1 до 3,7%) и жаропрочные сплавы иа никелевой основе, легированные хромом, алюминием и титаном.
Основное значение для этой группы материалов имеет высокотемпературная пайка, преследующая цель получения соединений, способных работать при высокой температуре. Максимальная температура пайки коррознонно-стойких сталей и жаропрочных сплавов, при которой сохраняются их исходные свойства, совпадает с температурой их термической обработки и для разных марок сталей и сплавов находится в пределах 920 — 1250' С.
Присутствие в рассматриваемых сталях и сплавах указанных легирующпх элементов приводит, вследствие избирательного их окисления, к появлению на их поверхности окисных пленок сложного состава, содержащих окислы хрома, алюминия, титана и их комплексы. В связи с наличием окисных пленок сложного состава наибольшей трудностью при пайке материалов этой группы является обеспечение смачнваемости жидким припоем их поверхности [3[. Данные о структуре и составе окисных пленок, образующихся прп нагреве на воздухе различных сталей и сплавов, приведены в работе [5[. Там жв дано уравнение для расчета критической концентрации компонентов в сплаве,с превышением которой на поверхности сплава образуется только окисел этого элемента.
Уравнение для расчета критической концентрации компонентов удовлетворяет соотношению Р г™пйР где Р— молярный объем сплава; Я, — валентность атомов компонента; Л4 относительная атомная масса кислорода; 0 — коэффициент диффузии компонента В в сплаве; Й„,Р— константа параболической скорости исключительного образования окисла компонента 8. Рассматривая структуру этого уравнения, можно сделать вывод, что окисел обогащается легирующим элементом в степени тем большей, чем больше сродство этого элемента к кислороду и чем легче условия диффузии иона через пленку. Последнее, как правило, облегчается при уменьшении ионного радиуса элемента.
По имеющимся данным [2], при наличии в легированных сталях хрома в окисной пленке появляются соединения (Сг, Ге),Оз или ГеСг,Од. Вследствие более высокого сродства ал|омипня к кислороду наблюдается его избирательное окисление. Например, на стали, содержащей 23,5')в Сг, 1,8 А1 и 1,3 Я, после 1000 " выдержки при температуре 1200" С окисный слой содержал 49,7~4 А1 и 3% С»'* кремний в нем отсутствовал. На избирательное окисление алк~миния в сплавах железа с хромом указывается в этой же работе: в сплаве Ге — 22' 'в Сг — 5"'в А1 в температурном интервале 800 — 1100- С окисная пленка состоит главным образом из я-модификации А1еОв. В работе [б[ выдвигается два основных положения о смачиваемости окислов жидкими расплавленными металлами. 1. Смачиваемость окисла улучшается с ростом сродства жидкого металла к кислороду. 2.
Смачиваемость окисла ухудшается с увеличением свободной энергии образования окислов, т. е. с ростом энергии связи кислорода в окисле. Взаимодействие жидкого металла с окислом определяется взаимодействием этого металла с кислородом окисла по реакции Ме" [- Ме'О Ме' [- Ме"О; ЛР = ЬР" — ЛР', где АРе и АР' — свободные энергии реакции окисления жидкого металла и металла, образующего твердый окисел. Энергия такой реакции при протекании ее от начального состояния, характеризующегося наличием Ме", Ме'О, до равновесия (присутствуют все четыре вещества), по мнению автора работы, является работой адгезии.
Пвиведенные данные позволяют заключить, что смачивание таких окислов, как А[,Оа, жидкими металлами (%, 8Ь, Ре, РЬ, Сц, Со, Сг, 81), входящими в состав многих промышленных припоев, затруднено даже при очень высоких температурах нагрева (большие значения АР и краевых углов смачивания); то же можно сказать и об окислах титана. Смачнвание окислов хрома затруднено в меньшей степени, чем окислов алюминия и титана. На основании приведенных выше соображений о смачиваемости окислов металлами рассматриваемые материалы по содержанию легирующих элементов можно разделить на пять групп: 1 группа — коррозионно-стойкие стали, содержащие хром; П группа — коррозионно-стойкие стали содержащие хром и алюминий) 111 группа — коррозионно-стойкие стали, содержащие хром и титан; 1Ч группа — жаропрочные стали, содержащие хром, алюминий и титан; Ч группа — жаропрочные сплавы, содержащие хром, алюминий и титан.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
