Припой без бора и кремния для пайки жаропрочного никелевого сплава

Abstract

Использование никелевых припоев, содержащих в качестве депрессантов бор и кремний, обеспечивает хорошее смачивание паяемого материала, позволяет существенно снизить температуру пайки, но приводит к образованию хрупких фаз и легкоплавких эвтектик в паяных швах. В данной работе показана возможность формирования паяных соединений литейного жаропрочного никелевого сплава ЖС6У пайкой в вакууме с применением многокомпонентных никелевых припоев, не содержащих в качестве депрессантов бор и кремний. Методом высокотемпературного дифференциального термического анализа в атмосфере высокочистого гелия определены температуры ликвидуса и солидуса припоев. Приведены результаты металлографических и микрорентгеноспектральных исследований по изучению особенностей структурообразования паяных швов. Оценена длительная прочность паяных соединений. Показано, что никелевые припои, содержащие большую концентрацию циркония, характеризуются более низкой температурой плавления, однако, в паяных швах образуются выделения фазы Ni(Me)xZr. О пределено, что снижение концентрации циркония в никелевом припое позволяет избежать образования интерметаллидной фазы, обогащенной цирконием, и получить в качестве преобладающей фазы в шве твердый раствор на основе никеля. Результаты испытаний плоских паяных (стыковых) образцов на длительную прочность, проведенные при повышенной температуре 975 °С и напряжении 140 МПа, показали, что соединения сохраняют целостность и не разрушаются после 41...60 ч испытаний. Показано, что цирконий может выступать в качестве альтернативного депрессанта (вместо совместного введения бора и циркония).

Використання нікелевих припоїв, що містять в якості депресантів бор і кремній, забезпечує необхідне змочування матеріалу, що паяється, дозволяє істотно знизити температуру паяння, але призводить до утворення крихких фаз і легкоплавких евтектик в паяних швах. У даній роботі показана мож-ливість формування паяних з’єднань ливарного жароміцного нікелевого сплаву ЖС 6У паянням у вакуумі із застосуванням багатокомпонентних нікелевих припоїв, що не містять в якості депресантів бор і кремній. Методом високотемпературного диференціального термічного аналізу в атмосфері високочистого гелію визначені температури ліквідусу і солідусу припоїв. Наведено результати металографічних і мікрорентгеноспектральних досліджень по вивченню особливостей структуроутворення паяних швів. Оцінена тривала міцність паяних з’єднань. Показано, що нікелеві припої, які містять велику концентрацію цирконію, характеризуються більш низькою температурою плавлення, проте, в паяних швах утворюються виділення фази Ni (Me)xZr. В изначено, що зниження концентрації цирконію в нікелевому припої дозволяє уникнути утворення інтерметалідної фази, збагаченої цирконієм, і отримати в якості переважної фази в шві твердий розчин на основі нікелю. Результати випробувань плоских паяних (стикових) зразків на тривалу міцність, проведених при підвищеній температурі 975 ° С і напрузі 140 МПа, показали, що з’єднання зберігають цілісність і не руйнуються після 41...60 год випробувань. Показано, що цирконій може виступати в якості альтернативного депресанта (замість спільного введення бору і цирконію).

The use of nickel brazing alloys, containing boron and silicon as depressants, provides a good wetting of material brazed, allows a significant reduction in brazing temperature, but leads to formation of brittle phases and low-melting eutectics in the brazed welds. This work shows the possibility of forming brazed joints of cast heat-resistant nickel alloy ZhS6U applying brazing in vacuum with use of multicomponent nickel brazing alloys which do not contain boron and silicon as depressants. Applying the method of high-temperature differential thermal analysis in atmosphere of high-purity helium, the temperatures of liquidus and solidus of brazing alloys were determined. The results of metallographic and micro-X-ray spectral examinations on studying the features of structure formation of brazed welds are presented. The long-term strength of the brazed joints was evaluated. It is shown that nickel brazing alloys, containing a large concentration of zirconium, are characterized by a lower melting point, however, in the brazed welds the precipitations of the phase Ni(Me)xZr are formed. It was determined that decrease in the concentration of zirconium in the nickel brazing alloy allows avoiding the formation of intermetallic phase enriched in zirconium and obtaining a solid nickel-based solution as the predominant phase in the weld. The results of tests of flat brazed (butt) specimens on long-term strength, carried out at the elevated temperature of 975 °C and the stress of 140 MPa, showed that the joints preserve integrity and do not fracture after 41...60 hours of testing. It is shown that zirconium can act as an alternative depressant (instead of mutual adding of boron and zirconium).