Новые аморфные припои для пайки титана и его сплавов

Опубликовано в журнале:
Сварочное производство. 2001. №3. с. 37-39.

Б.А. Калин, д-р. физ.-мат. наук, О.Н. Севрюков, канд. техн. наук, В.Т. Федотов, канд. техн. наук, А.Н. Плющев, инж., А.П. Яйкин, инж.
МИФИ-АМЕТО
Новые аморфные припои для пайки титана и его сплавов

Применяемые в настоящие время аморфные ленточные припои для пайки титана и его сплавов обладают рядом преимуществ по сравнению с кристаллическими аналогами: они пластичны, более гомогенны по химическому составу и структурному состоянию, небольшой толщины, однородно плавятся по всему объему и др. [1, 2, 3]. Формируемые с их применением паяные соединения отличаются достаточной механической прочностью и коррозионной стойкостью [1, 2]. Однако относительно высокие (не менее 950 °С) температуры пайки и длительность термического цикла (выдержка при температуре пайки более 0,5 ч), отрицательно сказываются на свойствах паяемых материалов.

Одним из способов оптимизации технологического процесса пайки является разработка новых составов аморфизирующихся сплавов с более низкой температурой плавления, что в сочетании с высокой диффузионной подвижностью атомов при плавлении аморфного сплава [4] позволит уменьшить длительность термического цикла пайки.

При исследовании в качестве базовых составов взяты аморфные припои СТЕМЕТ 1201 и СТЕМЕТ 1406, применяемые при изготовлении титановых корпусов для радиоэлектронной аппаратуры [5]. Депрессантом для обоих припоев служил бериллий, для повышения прочностных характеристик сплав СТЕМЕТ 1201 дополнительно легировали ванадием, а СТЕМЕТ 1406 - ниобием. Составы серийных и модифицированных сплавов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сплав	Содержание элементов, мас.%
Сплав	Ti	Zr	Ni	Cu	Другие
СТЕМЕТ 1201	Основа	12	12	23	-
СТЕМЕТ 1202	Основа	12	12	22	0,8V + 1,5Be
СТЕМЕТ 1406	11	Основа	14	13	-
СТЕМЕТ 1409	11	Основа	14	12	2Nb + 1,5Be

Исходные слитки массой 200 г выплавляли в дуговой печи с не расходуемым вольфрамовым электродом в атмосфере аргона с использованием высокочистых шихтовых материалов (иодидного титана и циркония, никеля катодного Н0, меди бескислородной, бериллия дугового переплава, ванадия и ниобия электронно-лучевого переплава). Процесс быстрого затвердевания проводили на специализированной установке в контролируемой газовой среде. Модифицированные припои СТЕМЕТ 1202 и 1409 были получены в виде аморфных лент толщиной 0,04 мм и шириной 10 мм. Для определения температуры плавления полученных быстрозакаленных припоев был проведен высокотемпературный дифференциально-термический анализ образцов ленты. Полученные данные представлены в таблице 2.

Таблица 2

Сплав	Т солидуса, ° С	Т ликвидуса, ° С
СТЕМЕТ 1201	830	955
СТЕМЕТ 1202	748	857
СТЕМЕТ 1406	770	833
СТЕМЕТ 1409	685	767

Примечание. При скорости нагрева 20 ° С/мин.

Результаты измерений свидетельствуют о существенном (около 100°С) смещении интервала плавления в сторону меньших температур.

Пары образцов с аморфным и кристаллическим припоем одного состава паяли одновременно в вакуумной печи вместе с экспериментальными образцами для механических испытаний. Результаты сравнительных исследований микроструктуры образцов, паянных модифицированными припоями в аморфном и кристаллическом состоянии, показали, что соответствующие зоны пайки существенно различаются по химической и фазовой однородности (рис. 1, 2, 3).

Эти результаты подтверждают представления [5] о влиянии исходного структурного состояния материала припоя на диффузионную подвижность атомов при его плавлении. Результаты измерения механических свойств образцов, паянных аморфными припоями при различных температурах приведены в таблице 3. Дополнительную выдержку при 650 ^оС в течение 1 ч проводили с целью диффузионного отвода бериллия из паяного шва в основной металл. Как следует из таблицы 3, все паяные соединения разрушились по основному металлу, различия в значениях связаны, очевидно, с температурным режимом пайки.

Таблица 3

Сплав	Сопротивление на срез, МПа	Предел прочности на отрыв^*, МПа	Режим пайки
СТЕМЕТ 1201	і 168	337	1000 ^оС, 15 мин
СТЕМЕТ 1202	і 165	330	900 ^оС, 15 мин
СТЕМЕТ 1202	і 169	338	850 ^оС, 15 мин, выдержка при 650 ^оС, 1 час
СТЕМЕТ 1406	і 167	334	900 ^оС, 15 мин
СТЕМЕТ 1409	і 236	471	800 ^оС, 8 мин, выдержка при 650 ^оС, 1 час
ВТ1-0	-	475	Отжиг 800 ^оС, 8 мин

* Среднее значение по результатам пяти измерений.

Таким образом, разработанные аморфные припои СТЕМЕТ 1202 и СТЕМЕТ 1409 могут быть использованы для пайки титана и его сплавов при температурах ниже a-b превращения в чистом титане, что позволит повысить механическую прочность паяных соединений и избежать деградации свойств паяемого металла.

Список литературы

1. A.Rabinkin, H.Liberman, S.Pounds et al. Amorphous Ti-Zr-Base Metglas^® Brazing Filler Metals. Scripta Metallurgica et Materiala, 1991, v. 25, pp. 399-404.

2. Б.А.Калин, О.Н.Севрюков, В.Т.Федотов, А.Е.Григорьев, Ю.Н.Калинин Пайка тонколистовых конструкций из титановых сплавов аморфными припоями марки СТЕМЕТ. Сварочное производство, 1996, № 9, с. 23-24.

3. C.H. Cadden, N.Y.C.Yang and T.H.Headly Microstructural evolution and mechanical properties of brazing joints in Ti-13,4Al - 21,2 Nb. Welding Journal, 1997 p.316-325

4. Б.А.Калин, В.Т.Федотов, О.Н.Севрюков, А.Е.Григорьев, Л.А.Скуратов, А.Н.Плющев и др. Аморфные ленточные припои для высокотемпературной пайки. Опыт разработки технологии производства и применения. Сварочное производство, 1996, № 1, с. 15 -19.

5. Калин Б.А., Федотов В.Т., Севрюков О.Н., Плющев А.Н., Цепелев В.С. Влияние структурного состояния припоя на свойства паяного соединения Материалы I Международной конференции "Металлургия и образование", 7-9 июня 2000 г., г. Екатеринбург, с. 80-81

На главную страницу. Назад.