Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов

Подождите немного. Документ загружается.

+-95 кгс/мм2,

|2-+25о/о'

11Б

240:300.

,[[иапазон

температур

(800.

850,900,

1000,

1100'с)

сварки

вь:бирали

учетом

темпера'

туры

плавленшя

(0,7+-0,8

7,',),

т. е.

в области

температурь1

рекри-

сталлизации.

}читьтвая

низкий

предел

текучести

титана'

а такх(е'

значительное

влияние

повь!1].]еннь1х

температур

с^в_арци'

влия_

ние

давления

при

сварке

исследовали

в пределах

0,25-1

кгс/мм2.

Фптимальное

время

вьтдер>кки

при температуре

сварки:

10. с;

\;5и10мин'

|1ри

испь1ташии

образшов

на

растя)кение

наблюдались

разру'

1пения

трех

видов:

по месту

соедйнения

6ез

заметньтх

следов

диф_

фузии,

йо месту

соединения

со

следами

диффузии,

по

основ1{ому

й6таллу.

3 пр6шессе

механических

испь|таний

на

ударную

вя3-

кость

разрутшёние

происходило

без

значительнь1х

следов

диффу-

3|1у\

со

следами

диффузии.

Ре>кимьт сварки

Ёрй

низ*'х

температурах

(800

и 850'-€;

:0,5-:_0,8

кгс/мм2

с:1,5

мин)

не

обеспечивают

стабильньтх

результатов

сварки.

Больш:инство

о6разцов

ра3рушилось

по

м€€1};

ёва!ки

без

заметньтх

следов

диффузии.

?ем

не менее

увеличенией_Ёремени

вь1дер}кки

более

5 мйн:

при

тех

}ке температурах

мох{но

получить

достаточно

прочное'-.

.6ед"".,"е.

Аальнёййёе

повьттпение

температурь|

св1р-ки

весьма

ййБ'!рй""*'

"*,.,''.,

на прочности,

которая_йри

1000

100" 6

дах(е

при

вь|дерх{ке

5 мин

доётигла

80-90

кгс/мм2.

Бьтсокие

пока-

зателипрочностиполучень1ипри3[{ачительномень1шихвь1дер)к;

ках

мйн

и 10 с),

о.{нако

они

отличались

нестабильностью'

1а-

кое

время

сварки це

мох{ет

бьтть

пр^изнано

_удовлетворительнь!м'-

во

всяком

случае

для

температур

900-1000"

с.

||ри

'е*,ер,"урах

1000

й :10о"

и вьтдер>кке

в течение

5-,

7 миц

мох<ет

6ьтт!^обеспечен

вьтсокий

предел

проч}1ости

сварного

соединения

титанового

сплава

вт5-1.

Фб

этом

свидетельствует,

у1 а|!алут3

хар актер

а3р

у1пения

обр аз

шов

пр

и испыта

ъ||т\4

на

астя

х(ение'

который

Ёсн6

укйзь:вает

на_диффузионнь:й

характер

соеди_

нения

при

сварке

в вакууме.

}ве_л-и_чение

времени

вь1дер}кки

до

7_\0

мйн

дай

при

температуре

900'

с 6лагоприятно

влияет

[1а,

величину

относительного

удлинения.

Фценйвая

рех<имьт

сварки

о6разцов

по.

даннь1м

механических'

испь:таний

нЁ

растях<ение'

мо)кно

отметить'

^ч1о

рецимьт

7:=

850,

900,

100ь'€

при

[

ми!{

и [

|19^0'с

ур|А-|:

1 мин,

0,5 кгс/мм2

(для_ образцов

диам€тром

мм)

обеспечивают

|оедиЁе*"е

с хар;ктеристиками

провности

пластичности

основ-

ного

металла.

Ёестабильное

временное

сопротивление

ра3рь1ву

и относитель-

ное удлинение

имеют

соединения

для

маль1х

3начений

временй

""де[,**''

1 мин;

800

850'

(

и [

с;

1000"€'

Ёекоторое

сни}кение

механических

характеристик

{1Р}1,

испБ1т8:

т1|т|| |1а

растя}кение

наблюдалось для

[е>кима

|100"

€;

0,5 кгс/мм2

А |

5 мин,

-что'

возмох(но'

связано

с чрезмернь|м

ростом

3ерна

некоторыми

структурнь]п1и

превращени91\{1{,

[й€}Ф'

180

Рцс.

|09'

!,епталш

!.!3

спла-

ва Б[5-|:

4_до

сварки;

б_после

с варк!'

щими'

видимо'

место

при

исследуемой

температуре

продол}ки_

тельности

вь1дер}кки.

Ёекоторое

сни>кение

механических

свойств

для

сварньтх

сое-

динений,

Ёо сравнению

основнь1м

металлом'

свя3ано

с;]

г1ревращением

при

нагреве

и ох_л-1тд:ч"1_р'!]9}._:_:ч::

появле_

нием

игольчатой

структурь|

титана

а.' ти'{1а

мартенсит.

_1аким

образом,

}": 00о

и 1000" €

при 1 мин

0,5

кгс/мм2

обеспечивают

временное

сопротивление

и относительное

-удлине-

ние'

равнь1е

даннь|м

характеристикам

основного

металла.

}1ехани-

ческие

испь|тания

сварнь|х

образцов

на

ударную

вязкость

прово-

дили

лишь

для

ре)кимов,

об_е_спенив1пих

хоро1пие

результатьт

при

йспьттании

на

растя>кение.

}дарная

вя3кость^о6разшов

лри

1000'

с,

[:5-+10

мин'

а так}ке

т: |100'с,

1 мин

при_

0,5 кгс/мм9

имеет величину

того )ке

порядка'

что

основной

металл по техническим

условиям.

Ёа основании

изло}|(енного

для

сварки

образ;дов

и3 сплавов

вт5-1 принят

оптимальнь|й

ре>ким

?:_1000"

с;

р:0,5

кгс/мм2;

1:5 мин; 8

10-6

мм

рт'

ст.

,[!алее,

вьтбранньте

оптимальнь:е

ре)кимы

проверяли^!з

о9Р11_

цах

'сплава

Ёть-:

размером

40ха0х45

пр_и

800,

1000,

1100"

€;

:0,5+_1

кгс/мм1

[:5-+_10

мин'

Ёа

вьтбранном

опти-

мальном

рех{име

учетом

масп:табного

фактора

пРц

|.:.: 1000'€;

0,5 к^гс/мм';

5+-:о

мин

свареньтйодели

деталей

(рис.

109).

}!еханические

испь|тания'

технологическая

проба

металлогра-

финеские

исследования

3онь1

соеди:ю!тия

свидетельствуют

хо-

ро1шем

качестве

полученнь|х

соединений.

,[1,ифузионная

сварка

вакууме

п-рименена

-в3амен

электро_

тплакой6й,

аргонодугоБой

и контактчой

стьтковбй сварки'

внося_

щих

больш:оё

количество

загрязнентцй

*т не

обеспечивающих

ста_

181

бильность

проч!!остньтх

и пластических характеристик

сварнь1х

соединений

титанового

сплава

для

исключительно

ответственнь|х

конструкций.

€варка

циркония. [ирконий

существует

двух

аллотропи'

ческих

модификашиях-

66 и

р.

!,о

температурьт

полиморфного

превращения

862-865'

€

он

имеет

гексагональную

плотноупако-

ванную

ре11]етку'

вь:ше

этой температурьт

кубииескую

объеплно-

центрированную.

,(о

1емпературьт

400-500" с

цирконий

слабо

реагирует

а3о-

том' но

ух(е

при 800_900'€

происходит сильное

взаимодействие

с образованием

на поверхност|1 н|1трида

циркония.

|!ри темпера-

туре 900-1000"

наблюдается

интенсивное

поглощение

цирко'

нием

водорода

образованием гидрида

циркония.

[иффузионную

сварку

циркония

вь1полняли

при следуют!\их

рех<имах:

1000'(;

:0,1

кгё/мм2; 1

:30

мин

и 7

:750_

-:_950"

(;

:0,1

кгс/мм2; [

:20

мин.

€оединяемь!е

поверхности

перед

сваркой механически

о6ра6атьтвали

до

седьмого

класса 1пе'

роховатости.

Б прошессе

механических

испь:таний получе1{ь1

сле-

дующие

характерист||к|1

для

образшов,

свареннь!х

по

первому

рех{иму:

б"

:53,9

кгс/мм2;

18о/о

р:

|2о/о' по

второму:

б,

59,3

кгс/мм2; 6

20о/о и

20о/о.

Б отличие от обьтчной технологической

схемь|

диффузионной

сварки'

когда температура

поддер}кивается

постоянной,

сварку

циркония

проводили

при

циклически

и3менявгшейся тем]1ературе:

с нагрев

до

950" €; 30

с вь|дер)кка; 30 с

нагрев

до

950'€

и т.

д.

Б связи с тем' что

различньте

модификациу|

циркония

имеют

разнь:й

уАельньтй

объем, аллотропическое

превращение

вь1зь!вает

фазовьтй

наклеп' и коэффишиент

диффузии

увеличивается

3а

счет

внутренних

напря}кений.

Бозникающие

исчезающие

ме>кфаз-

нь1е поверхности

ра3дела

со3дают

остаточнь1е

дефекть:

структурь|'

слу}кащие

источниками

избьтточного количества

вакансий.

€варка

ниобия.

||о комплексу свойств

ниобий

один

из наи'

более

персг1ективнь|х

тугоплавких металлов;

он обладает

доста-

точно

вьтсокой

прочностью

)каропрочностью'

имеет вь1сокую

пластичность

при

комнатной

и низких температурах'

вь1сокую

коррозионную

стойкость

в атмосфернь1х

условиях'

среднюю

плот-

ность'

не взаимодействует

с водой, перегретьтм

паром

и )кидкими

металлами

(литием,

калием' натрием

др.).

14нтенсивное

окисле'

ние нио6тая начинается

с температурьт 500' €,

взаимодействие

с во'

дородом

200-250" €;

пр'и нагреве в среде аз0та

нитридь1

образуются'

начиная с температурьт 600-800'

с.

€вариваемость

ниобия

и его

сплавов

3ависит

от содер>кания

них

элементов

внедрения.

!,есятьте

соть1е

доли

процента

этих

элементов

ре3ко

сни>кают

пластичность и

деформируемость'

ухуд-

1шают корро3ионную

стойкость'

свариваемость и обрабать|ваемость

на

станках.

[|ластичность

сварнь|х

соединений

зависутт

от

чистоть1

свариваемого

металла по элементам

внедрения,

особенно

а3ота.

€варка в вакууме по3воляет получать

качествен}1ь]е

пластич'

182

Рцс.

110.

3авцсцмосгпь

прочнос[пш

сварноео

сое'

б0,

0шненця

Б]13

опъ

п2мперопцры

сваркш

нь1е

соединения

ниобия

и его

сплавов'

[иффузионное

соединение

ниобия

_по_

лучёйо

при

сварке

на

ре)ки1\1е

тэьр;

:1,5кгс/мм2;

5мин

3о

10-д

мм

рт.

ст.

Ёа

микрострук_

туре

соединения

нио6ия

поверхность

ра1дела

ме)кду

двумя

образцами

не про_

сматривается.

[иффузионная

сварка

ниобиевьтх

сплавов целесообразна

при

температу'

рах

ни'{е

температурь|

рекристаллиза'

ции

для

предотвращения

нас.ь!щения

0\-

800

900

1000

1100г,ос

тугоплавких

металлов

га3ами

(Ф',

Ё',

(11

р'"''

3ерна

процессе

нагрева.

Аля

этой

цели

необходимо

ин1енсифишировать

дифузионнь|е

процессь1

за счет

исполь3ова-

ния

пройе>куточнь|х

металлов'

наносимь1х

на

свариваемь|е

поверх-

ности

напь1лением

вакууме.

1олщина

напь1ленного

слоя

от

нескольких

десятков

до

нескольких

ть|сяч

ангстрем.

€лой

имеет

очень

мелко3ернистую

структуру.

1акие

прокладки

растворяются

всвариваемь|хметаллахинеоказь1ваютпоэтомувлия\1|тянапроч.

ность

сварного

соединения.

-при

с!'|рке

ниобиевого

сплав^а

вн3

(4-5,?'1у

\,;

0,8-2,0%

7г,

0,0Ё0,:ой

€;

0,03

Ф';

<0,04

о/о

|1';

20,005о/о

-\я!

остальное

\б)

в качестве

прокладкй

применяли

никель'

обладающий

малой

растворимость1о'

нмо6ий

имеющий

при

темпер9туре

1100'с

йоэф6йциент

дифузии

на три

порядка

мень1ше

коэффг-:}иен11диф-

фузйй

ниобия

Ё^йи*еле.

€варку

вь1полняли

лр|1

т:

1000'€;

/;":2

кгс/мм2;

мин

и 6

10-д мм

рт.

ст.

}1икроструктурное

исследова1{ие

деталей

с напьтленной

по-

верхностью при

нагреве

без

сварки

показало'

что

во всех

слу_

чаях происходит

испарение

никелевой

пленки

по всей

поверхности'

кроме

зон'

располох<ёнт:ьтх

по границам

кристаллитов.

3то

сви_

дётельствует

о преимушественном

развитии

диффузионнь1х

процес_

сов

ме)кду пленкои

и границами

3ер'ен

на

свариваемой

поверхности.

||ронность сварнь]х

соединений'

выполненн^ь1х

чере3

никеле-

вую

пленку на

оптималь!1ых

рех{им.*

('?

1000'

р^

2 кгс/мм2;

/":30

*и1

и Б:2.10_6

йм

рт.

ст.);

составляет

0,9

прочности

основного

металла

(рис.

110).

Ёа

деталях

и образшах'

свареннь1х

на

оптимальнь1х

рех{имах'

осадки

на'

наблюдалось'

|1роведенньте испь1тания

не зафиксировали

присутствия

никел.я

сварном

соединении.

€варка

тантала.

1антал

обладает

способностью

поглощать

газь1

азот'

водород'

кислород'

окись

углерода

АР.

образо_

183

ксс/мм2

ванием соответствующих

соединений

нитридов' гидридов' окис-

лов и карбидов.

9истый тантал обладает

отличной

обрабать:вае-

мостью

тугоплавкостью'

однако

при вь]соких температурах

его

прочность

относительно невелика.

Бьтсокая пластичность тантала

(так

>ке,

как !| нио6ия)

по3во-

ляет легировать его сравнительно большими

количествами

других

элементов

без существенного

ухуд1пения

технологичности

сплава'.

€оединения

образцов

тантала

вь|полняли при

1650'€;

|,2

кгс/мм2;

[:20

мин и 6

10_д мм

рт.

ст.

€варка

молибдена.

.&1олибден кристаллизуется

решетку

объемно-центрированного

куба

и не

претерпевает полиморфнь:х

превраще!тий вплоть

до

температурь1

плавления. Фкисление

начи-

нается

при

400'€ и

свь:ше

600'с происходит

интенсивно. 3 среде

очищенг{ого

азота молибден

устойчив

от температурь1

плавления

до

1000'€.

Фн

инерте};

по отно1'шению

к водороА}. }1ол.ибден

устой-

чив против

воздействия :!1ногих

кислот'

растворов

щелочей

п{но-

гих

расплавленньтх

металлов;

растворяется

азотной

кислоте

расплавленнь1х

щелочах.

€варньте соединения

молибдена и его сплавов' полученнь1е

методами

сварки плавлением

(аргонодуговой,

электронно-лувевой

др.),

обладают

пони}кенной

пластичностью при

испь!тан\4|1

на

изгтаб

при комнатной

температуре.

Ёаилуншие

ре3ультать[

!13

||с-

следованнь|х

рех{имов

диффузионной

сварки молибдена

полу-

чень|

при

7:1700'€;

р:|

кгс/мм2; [:5 мин

и Б:

5.10-д

мм

рт.

ст.

Б соединениях'

вь1полненнь1х на

указанном ре)киме'в

зоне

кон:

такта' не наблюдается

никаких и3мененит?

структурьт.

€труктурА

места

соединения

совер1шенно

аналогична структуре

основного

металла.

Ёепроварьт

в 3оне контакта

отсутствуют

(см.

рис.

||-23).

}€варка

вольфрама.

€реди тугоплавких металлов

вольфрам

имеет

самь]е

вь1сокие

температурь!

плавления' модуль

упругости

коэффициент

теплопроводности.

1емпература полиморфного

пре-

вращения вольфрама

630'(; ни>ке

этой

температурь1

он

перехо-

дит

с6-модификацию

решеткой

объемно-центрированного

куба.

€ азотом и

водородом

вольфрам

не

в3аимодействует

до

темпе-

ратурь|

плавления'

но вступает в

реакцию

с аммиаком

образо-

ванием

нитридов'

ра3лагающихся

при температуре

600-300'

€.

Ёа воздухе

вольфрам

устойнив

до

температурьт

400'€.

||ри

аргонодуговой

сварке

вольфрам

склонен к

образованию

трещин;

рекомендуется

подогрев

до

температурь1 500'с

и прове-

дение

сварки

без :кесткого

3акрепления

деталей.

Бакуумнь:й

от-

}киг

при

температуре 1800" €

течение

несколько

повь1шает

пластичность

сварнь]х соединений' температура

перехода

в хруп-

кое

состояние

которь]х составляет

700'6.

€оединение

вольфрама

дифузионной

сваркой вьлполнено

при

[:2200"(;

р:2кгс/мм2;

[:!5 мин и

Б:5.10-д

ммрт.

ст.

.||рактинески

!иффузионное

соединение обладает

такими

>ке

свой-

ствами'

что

основной металл.

184

€варка

тугоплавких

металлов

другими

металлами.

.&1ногие

3адачи

авиационной,

косминеской,

электронной

техники' химиче_

ского

ма1шиностроения'

судостроения'

приборостроения

т.

д.

могут

бь:ть

ретпень|

при

исполь3овании

комбинированнь|х

конструк-

ций

из сталей

с титаном

его сплавами.

€огласно

диаграмме

равновесного

состояния 1 |-Ре

раствори_

мость

)келеза

в с[-титане крайне мала

при комнатной

температуре

составляет

0,05-0,

\о/о.

1ри концентрации

>келеза более

0, 1%

сплаве

образуются

интерметаллические

соединения

11Ре и

11Ре'.

|]оявление

и!{терметаллидов

в сплаве 11-Ре

значительно

повь1шает

прочность'

но

ре3ко

сни}кает пластичность.

Раствори-

мость'титана

0-)келезе

достигает

-6,9%

при

температуре 1300'

и с

по[{и>кением

температурьт

резко умень1пается;

при комнатной

температуре

растворимость

т\1та\1а

в с-)келезе

мет1ее 2%о, !у|акси-

мальная

растворимость

)келеза

$-титане

при

эвтектической

тем_

пературе

(1080'6)

равна

250/о

Ре.

Фдна

из основнь1х

задач

при сварке титана со

сталями

вьтбор

присадочньтх

материалов' методов

ре)кимов

сварки' при которь|х

предотвращалось

или

резко

подавлялось

бьт образование хруп_

ких

интерметаллических

фаз

11Ре

1!Ре'. Ёепосредственная

сварка

титана

со сталью

не

дает

поло}кительнь|х

результатов.

|1рактинески

применяют сварку через промех{уточнь1е

вставки

или прослойки.

Ёдп+тственнь:й металл' хоро[по

соединяющийся

с титаном

сталью

без образования

интерметаллических

фаз,

ванадий.

Ёесколько

хух(е сваривается нио6пй.

!,оротпие

результать1

получень|

при

использовании

комбини-

рованной

вставки' состоящей

|43

технического тантала

(о"

70 кгс/мм2)

термообработан:той бронзы'

|1ри

непосредственном соединении титана со сталь1о методом

плавления 1пвь! чрезвьтчайно

хрупки' в них

образуются трещиньт.

6варка

титана

углеродисть]ми

сталяп1и

сопрово}кдается вь]деле-

нием

шве

карбидов

титана; при сварке

хромоникелевь|ми

аусте-

нитнь|ми

металлами

образуется

соединение титана с хромом' ни_

келем

и )келе3ом' которь1е охрупчивают

1пов

в еще больтшей сте_

пени'

чем при сварке титана с

углеродисть1ми

сталями.

}читьтвая

увеличение

растворимости

)келе3а в

$-11

по сравнению с

с_1|,

мох(но

предполох<ить

лучшую

свариваемость

со сталя]\,1и

$-фазо-

вь|х

титановьтх

сплавов.

рупкие

химические соединения

образуются

при

взаимодейст-

вии

титана

с больтшинством

металлов.

}довлетворительной

пластич-

ностью

обладают

только соединения

1|+у,

т|+мо, т|+шь' т1

*7г,

|||Ё[,

в которь1х титан образует

ряд

твердь|х

растворов.

|1ри

сварке

во3никают затруднен\4я

из-за насьтщения титана

кислородом'

а3отом' водородом при

нагр.еве

до

температур'

пре-

вь!1пающих

400'

с,

ре3ультате

чего

пони}кается

пластичность

сварного

соединения

|1ри

сварке

вакууме

на

нагретой

титановой

детали

наблю-

дается

исче3новение

окисной пленки

за

счет

диффузии

в глубин_

!85

нь1е слои

металла

ионов

кислорода.

Аналогичньтй

процесс

проте-

кает

поверхностном

слое

сталу\'

Фчистка

поверхности

от

окис-

нь1х пленок

облегчает

соединение

свариваемь1х

металлов'

1итан

со

сталями

мо)кно

сваривать

электроннь1м

лучом

в ва-

кууме.

|1ри

сварке

чере3

проме)куточнь1е

вставки'

например

ти-

"ЁЁ,

с'?лью

1)х1вн10т

нерез

ниобий

и бронзу,

получают

каче-

ственнь1е

соединения

3озмо>кна

контактная

сварка

так}ке

прип{енением

про\,1е}ку-

точнь1х

прокладок.

(елесообра3но

получать

соединение

титана

со

сталями

свар_

кой

давлением

без

расплавления

в вакууме

с минимальнь1м

пере-

ме1пиванием

соединяемь|х

металлов'

отсутствием

расплавления

защитой

от

окисления.

Рассмотрим

получение

соединения

титана

со

сталями

одним

и3 перспективнь|х

ёпособов

диффузионной

сваркой'

||ри

диффузионной

сварке

тптана

со сталями.в

3оне

контакта

о6ра6уется'й!оме>кутонньтй

слой,

охрупчивающий

сварное

соеди-

нение.

Б этом

слое

во3никает

интерметаллическое

соединение.

процессе

сварки

не

удается

обеспечить

предельную

толщину

интерметаллида

(не

более

1-2

мкм),

по3воляющую

получать

соеди-

нение'

равнопрочное

свариваемь!м

металлам.

|1оэтому

сварка

ти-

тана

непосредственно

со

сталью

не

обеспечивает

достаточной

прочности

пластичности

соединения.

€варку

титанового

сплава

вт5-1

с армко-щ9-.цезом^вь]полняли

на

обр}зт{ах

при

температурах

700,

750;

в00,

850,

900

и 1000"

€'

Больйинство

образшов

разру1шилось

по

плоскости

контакта

двух

металлов

в процессе

механййеской

обработ_ки

на станке'

.:}1еталлографинеский

анали3

соединений'

вь1полненнь1х

при

минимальной

и максимальной

температуре'

показал'

что

у)ке

при

:700"

:1,76

кгс/мм',

10 мин

10_3

мм

рт'

ст'

повь11шается

твердость

металла'

прилегающего

к плоско_сти

кон_

такта.

[11ирина'!рослойки

очёнь-

мала'

порядка

0,&_0,9

мкм,

в связи

с чем

нево3мо}(но

измерить

ее

твердость

ил|1'

произвести

рентгеноструктурнь:й

анали3.

||овьтш-тение

твердости

вь]зь1вается

'взаимодифузиёй

х<елеза

и ту:тана

прй

с|з1|ке

на

ре)ки\,1€

1000'€;

1,06

кгс/мм2;

мин

и том

)ке

вакууме

интерметаллидная

прослоика

возра_

стает

очень

незначительно

по 1ширине

Ао

\,2

мкм'

г{о

со

сторонь1

>келе3а

появляется

слабо

травящййся

слой

повь11пенной

тверАости,

1пирина

которого

составляет

3-3,5

мкм. 3тот

слой

слу}кит

при-

йит|оа

ра,руйе,'я

сварного

соединения-

_|!ро^нность

сварньтх

об-

разцов

при

испь|тан|114-ъ|а

ра3рь|в

20-;-30 кгс/мм2'

Разрутпе-

ние происходило

по

плоскости

контакта

без пластической

дефор_

мации.

ё,,р.у

титанового

сплава

вт5-1 с

кор-ро3ионно'стойкой

.".,,#

х:ьн15

вьтполняли

при

темг1ературах

ф0,

700,

800,

900

1000'6,

давлениях

0,7-|,8

кгс/мпт2,

длительности

вь|дерх{ки

10-20 мин.

186

1ат< >ке,

как

предь|дущем случае'

6ольшинство

сварньтх о6-

разцов

разруг:!алось

в'процессе

механической обработки

на станке.

[|ри

всёх

ре>кимах

сварки' начиная с

температурьт

700"

€,

мех<ду

тита11ом

и аустенитной

сталью

образуется

интерметаллидная

прослойка

вьтсокой. твердости.

[11ирина

прослойки

увеличивается

повьт1пением

температурь|.

аустенитной

стали

рядом

интер-

металлидной

прослойкой

образуется

с-фаза' что мо)кно

объяс-

нить

диффузией

углерода

титан

и' как

следствие' обезуглеро>ки-

ванием

этого

слоя'

диффузией

титана в

сталь

деформашией

слоя.

||ри

сварке- титанового

сплава

с аустенитной

сталью х25н15

образуется

еще

более хрупкое соединение.

--&1аксимальная

прочность соединения'

полученного

сваркой

лри7

:900'

(;р:0,9кгс/мм2;

10мин

иЁ: 10-? ммрт.ст.'

о,

29,6

кгс/мм2.

€варньте

соединения

из

титанового

сплава

вт5-1

со сталью

х15н15

чере3

прокладку

тантала

0'08 мм)

разрутпались

от

легкого

удара

по

зоне контакта мех{ду

сталью

танталом.

|!о'

этому

детально

исследовали это соединение.

ббразшьт тантала

со сталью сваривали

при

[

100'

(;

1,13

кгс/мм2; [: \0 мин;

10-3 мм

рт.

ст.

!!1ех<ду

танталом

сталью

появлялись прослойки вьтсокой

твердости'

что мо)кно

от-

нести

3а снет образования

интерметаллидов

Ре11а

и \!1а. 1]]и-

рина

прослойки возрастала

при

повь11пении

температурьт

сварки.

Ёаличие

интерметаллидной прослойки Ре11а

препятствует

полу-

чению прочного

и пластичного соединения

титанового

сплава

вт5-1 со

сталью х25н15.

|!ри сварке

титанового

сплава

вт5-1 с армко-)келезом

чере3

прокладку из

молибдена

(г

800

и 1000'€;

1,06

1,76 кгс/мм'; |

:10

мин;

10-3

мм

рт.

ст.)

наблюдалась

картина'

аналогичная

для

сварки

титанового

сплава

со сталью

чере3

прокладку таь|тала.

Разрутпение соединения

происходило

3оне

контакта мё>кду х(еле3ом

молибденом.

}1еталлографине-

ский

анализ

показь1вает наличие

прослойки вь:сокой

твердости

ме)кду

)келезом и

молибденом.

[11ирина

прослойки

в соединении'

вь1полненном

при 7

1000'(;

1,76

кгс/мм2; [

:20

мин;

10-з

мм

рт.

ст.'

составляет 3-7,5

мкм.

.[1.ля

сварного

соединения

молибдена

с )келе3ом

характерно

наличие

со

сторонь1

ц.е{9за

сла6о травящейся

полось1

повь11пен-

ной

тверАости

1пириной 30-50

мкм' которая

о6разуется

ре3уль-

тате

диффузии

деформации

представляет

собой тверАьтй

раствор

молибдена

в }келе3е.

|}рименение

при

сварке титанового.сплава

вт5-1 со

сталью

х25н15

качестйе

проме>кутонной

прокладки

никеля обеспечи-

вает

хоро1пую

свя3ь с аустейитной

сталью

и сопрово}кдается

обра-

3ованием

интерметаллической прослойки

с титановь|м

сплавом.

||ри

сваркё

"'''"'

вт1-1 с армко-)келезом

переходная

3она

состоит

из

твердьтх

растворов

(со

стороньт

)келе3а

титана)

интерметаллида

11Ре.

||ри

испьттании

|1а

растя>кение

все

свар-

187

нь|е

о6разць1

разрушаются

по

перёходной

зоне.

после

сварки

при

:700

900'€

разрьтв

локали3уется

на поверхности-контакта,

интерметаллида

6[-твердь1м

раствором

частично

@-фа3е.

пр11'

|1ал||ч|1и

пересь1щенного

твердого

раствора

|1л!4 1пирокои

полось1

эвтектоида

гет;

разру1пение

идет по этому

слою.

Ёаиболь_

тпей

пронности

соединения

соответствует

1пирина

слоя

интерме_

талл|1да

3-5

мкм.

Фсобенности

сварки

сплава

Ф14

с коррозионно_сто-йкими

ста_

ляп1и

исследованьт

на при\{ере

его

сваркй

со

сталями

12х18н10т

\22116|..&1еханические

свойства

соединений

во

многом

напо-

минают

свойства

чисть|х

металлов.

|1о

данньтм

послойного

спек-

трального

а|1ал||за,

взаимная

диффузия

)келе3а

и титана

при сварке

сплавов

со

сталями

сопрово}кдается

дифузией

хрома'

алюми-

н'1я

никеля.

|1ринем

переходной

зоне

концентрируются

хром

алюминий.

||редполох(ительно

и3менение

прочности

и пластич_

ности соединений

сплавов

со сталями

мо}кно

считать

свя3анным

с легированием

и и3менением

концентрации

твердьтх

растворов

и образованием

интерметаллида.

,4л"

соединения

сплава

Ф14

со

сталью

12х18н10т

9" :

ц) кгс|м*Ё

д'"

сплава

Ф14

х22н6т

б,

55_:_60

кгс/мм2'

€варка титанового

сплава

вт5-1

непосредственн-о-

со

сталью

12х1вЁ10т

прп

?:900"

(;

р:0,1

кгс/мм2;

мин;

Ё:

10-д мм

рт.

ст.

по3волила

получить

соединение

лишь-

28-:_33

к}с/мш:'

А &"

:0,75-+-1'кгс/мм2.

|1олунить

дифузион_

ное соединение

прочностью

вьтше

50%

прочности

стали

и3_3а

образования

проме)куточного

слоя

1!Ре

не

удается.

'||ри

сварке ти'айового

сплава

вт5_1 со

сталью

12х1вн10т

через промех(уточнь|е

прокладки

целях

повь1шения

пр_9чности

пластичности

сварного

соединения'

проведенной

|13€

ттм'

Б. Ф. ||атона,

показ?но'

что ванадий,

образуюший

непрерьтвнь:й

ряд

твердь1х

растворов

с титаном

и х(елезом'

не

является

опти'

мальнь1м

промФкуточнь1м

материалом'

так

как

при

диффузионной

сварке происходит

интенсивная

диффузия

угле_рода

из

стали

в ва'

на[ий с образованием

на границе

карбидов

!6.

||рименение

до'

полнительно

прослойки

хрома

для

подавления

диффузии

углерода

за счет

их

взаимодействия

не

по3волило

обеспечить

повь|шение

свойств сварного

соедине}{ия

сплава

вт5-1 со сталью

12х18н10т

с прослойкой

из ъанад11я

в связи

с тем'

что

прослойка

ванадия.

проницаема

для

хрома'

образующего

с титаном

соединения

11€г''

фя

предотвращейия

дифузйи

углерода

14з сталу\

в ванадий

ре-

комендуется

исполь3овать

прослоику

меди.

,[{едь

не

образует

ин_

терметаллических

соединений

с ванадием

}{(елезом'

углерод

не

растворяется

меди.

|1рон"6ст,

соединения

сплава

вт5-1

со

сталью

12х18н10т

через

прослойку

|тз

ванадия

и меди

зависит от толщи!{ьт

послед_

них' которая

дол}{{на

бьтть

критической.

||ри критинеской

толщине

прослоек мо}кно получать

соединение

сплава вт5-1

со

сталью

12х1вн10т прочностью в

2-3

раза

больше

прочности

меди

и ва_

188

11аА\4я.

[ля

полунения ста6ильнь1х

результатов

!{елесоо6ра3но

исполь3овать многослойньте

прослойки.

Аля

соединения

сплава

вт5-1

со сталью 12х18н101

опробовань1

прослойки

из

€ц

сталь

€ш

ш;,

получаемь]е

прокаткой в вакууме

суммарнь|м

об>катием 5}-60

о/о

лри температуре

800-900' €.

€лой

никеля

улуч1пает

пластичность

соединения

на границе со

сталью

и лр|1

малой

толщине не

сних(ает

прочности сФ€Аине'

н|4я,

3ь:бирать оптимальнь1е

ре}кимьт

сварки

необходимо

учетом

ра3личия

физико-химических

механических

свойств сваривае-

мь1х

металлов

прослойки.

Фптимальнь|е

ре)кимь|

сварки

титанового

сплава

вт5-1 со

сталью

12х18н10т

чере3

прослойку

и3 ленть| !

€ш

следующие:

[

1000' €;

0,5

кгс/мм2;

мин.

9дарная

вязкость

соединений с

оптимальнь1ми

промех(уточ-

нь1ми

слоями прибли>кается

к ни}!{нему

пределу

ударной

вязкости

титанового

сплава вт5-1 и

достигает

'3,5

кгс.м/см2.

9гол

изгиба

плоских

образцов, вь|резанньтх

из

сварнь]х

стерх{ней,

составляет

50-60'.

}{а

оптимальнь|х

ре)кимах

сварень1 трубнатьте

переходники

и3

сг{лава

вт5-1

со сталБю 12х18н10т

диаметром

70 мм

длиной

до

100-150

мм.

Бакуумнь1е'

гидравлические'

вибрационнь|е

кор-

ро3ионнь1е

испь|тания

трубнатьтх

переходников

свидетельствуют

работоспособности

сварнь1х соединений

при

комнатной

повь1_

гшенной температурах.

[ифузионная

сварка

титанового

сплава

от4

со сталью

12х18н10т

с передачей сваронного

давления

3а

счет

предвари-

тельного

натяга

исследована

при получении

соединений

телеско-

пического

типа. Б этом

случае

детали

предварительно

собирали

с натягом'

величину

которого вьтбирали

по требуемому

для

сварки

давлению

учетом

и3менения

за счет

различия

коэффициентов

термического

рас|ширен|\я

у\

зависимости

от температурь1

физико-

механических

свойств

сварив'аемьтх металлов.

Ёаличие

на свари-

ваемь|х

поверхностях

малой конусности

(порядка

1 :

100) суще-

ственного

влцян1|я

на

качество полученного

соединения

вслед-

ствие

неравномерности

распределения

давления

по

длине

не

ока-

3ь1вает.

€обранньте

переходник|1

ил14

образцьт

сваривали

вакууме

при

[

800+850"

(;

10 мин

|т Б

10-д мм

рт.

ст.

€оединения'

в которь1х

охвать1вающую

деталь

и3готовляли

и3

сплава

014, имеющего

более

низкутй

коэфишиент

температур-

ного

расширения'

чем сталь

12х18н101,

при охла}кдении

разру-

1пались

образованием

3азора

по

интерметаллидному

слою. 3то

свидетельствует

о во3никновении

3начительнь1х

растягивающих

напряжений

в зоне

сварки. |1ронность

соединений

при сре3е' в

ко-

торь1х

охвать]вающую

деталь

вь1полнялу:,

|1з

стали

12х18н10т

1ри

оптимальном

значении

давления'

составляла

23-30 кгс/мм2.

пооцессе

металлографинеского

исследования

не обнару>кены

189

расслоения

отличия от

соединений,

полученнь1х

при тех >ке

ре-

}кимах

сварки

прилох{ением внешнего

давления.

||рименение

в конструкциях

наряду с медью тита\|а

потребо-

вало

разра6отки

методов

соединения

титана с медью

ее спла-

вами. €варкатитана

с медью

и ее сплавами всеми

и3вестнь]ми

спо-

собами

затруднена

в связи

с больгшим

разли!1ием

свойств, малой

взаимной

растворимостью

образованием в

3оне соединения

хрупких

проме)кутонньтх

фаз.

в соответствии

диаграммой

состояния

эти металль1

образуют гамму хрупких

интерметал-

лидов

(1!'€ь:,

11€ш,

1|'€ш',

1!€ш,

1!€ш')

легкоплавкую

эвтектику.

6варка

г!лавлением титана с медью

ее

сплавап{и осуществля-

ется

успе1|]но

только при

использовании

проме>куточнь|х вста-

вок

и3

специально

вь1плавленнь1х сплавов

титана' легированньтх

молибденом,

ниобием

|\лп

танталом'

которь!е поних{ают темпера-

туру

превращения

и обеспечивают получение однородного

титанового

сплава

со

стабильной

$-структурой,

не

сильно отли-

чающе*]ся

от структурь1

меди.

Ёаиболее качественнь|е соединения

титана

с медью

и ее

спла-

вами

получают сваркой

давлением

без оплавления'

в частности

диффузионной

сваркой нерез

проме}куточнь:й

металл,

не образую-

щей

хрупких

соединений с основнь1ми металлами.

Без примене-

ния проме}куточнь1х

металлов

удается

получать качественнь1е

соединения

только в

у3ком

температурно-временном

диапазоне

параметров

процесса.

7]иффузионную

сварку титана

вт1-1 с медью .&1Б

для

изгото-

вления

деталей

электровакуумнь|х

приборов вь|полня]от

на

ре-

х<име

350'

(;

0,5кгс/мм2;

10мини

10-д

ммрт.

ст.

Бьтбранная

температура сварки

несколько ни>ке температурь1

образования

>кпдкой эвтектики

(875'

с). |1ронность

получаемь1х

соединений

без

применения проме}куточньтх

11рокладок

суще-

ственно

ни)ке прочности исходнь1х металлов

и при

испь]таниях.

на

растя)кение

составляет 10 кгс/мм2.

€варенньте

натурнь!е

детали

вполне

работоспособньт

отвечают

условиям

эксплуатации.

|1о

указанной

технологии

изготовлень{

вь1водьт'

состоящие

из

титанового

диска

медг:ой тпайбьт.

в пнилдсв

исследована сварка титанового сплава

Ф14

с бронзой

Бр.{,0'8

получено

прочное сварное соединение'

|!ри оптимальном

ре)киме

в 3оне контакта титанового

сплава

с бронзой

образуется

}кидкая

фаза.

|1олного

соответствия

диа-

граймой

равновесного

состояния

€ц-11 не

наблюдается.

||о_

видимому'

легирующие компоненть|

сплавов

пони}кают

темпера-

туру

плавления.

Рентгеноструктурнь1м

анализом

переходном

слое

обнарух<ен интерметаллид

€ш'1|

с исках{енной гексагональ-

ной

решеткой.

|1овторнь:й нагрев

в течение

5 н

при теш1пературе

700'с

сильно

расширяет

диффузионную

зону.

|!ронность отдельнь|х сварнь|х

соединений

титанового

сплава

Ф14

с бронзой Бр.{,0,8,

вь]полненнь|х

на оптимальном

ре)киме'

190

достигает

кгс/мм?. Разрушение

происходит

на поверхности

контакта

проме}кутонной

фазьт

сплава

Ф14.

||ринципиальная

во3мо)кность

сварки молибдена,

ниобия,

тантала

ванад'1я

со сталями'

сплавами

цветнь1х

металлов

дру-

гих

металлов частично

показана

в предь1дущих

разделах

при

рас-

смотрении

возмо}кности

исполь3ования этих

металлов

в качестве

проме}куточнь1х

прокладок

для

улуч1пения

свариваемости

раз-

личнь1х

трудносвариваемь1х

материалов.

1антал и нуто6утй

по свойствам

близки

к титану

и при сварке

ним

образуют твердь|е

растворь1

без

хрупких

соединений.

Ёио'

бий

удовлетворительно

сваривается

с медью

], меднь|ми

сплавами'

которь1ми

образует ограниченньте

растворьт.

]антал

с медью

растворов

и соединений

не образует. Фднако

обь:чно

в качестве

вставок

применяют бронзу.

|1,иобий

хоро1по сваривается

с вана-

дием

цирконием.

||ри

сварке нцо6ия с

никелевь|ми

сплавами

образуются

трещиньт;

рекомендуется'

их

сварка нерез

палладий.

1рулности

получения

сварньтх соединений

тугоплавких

металлов

со

сталями

сплавамтц

обусловлень|

так}1{е хрупкостью

тугоплав_

ких

металлов

после

нагрева

вь|1пе температурь'

рекристаллизац|1и

их вь]сокой хймической

активностью

при нагреве

до

температур

вь:ше 300'€.

|1ри

сварке

плавлением

молибдена с

ниобием,

вольфрамом'

сталями

другими

металлами

в сварнь!х

соединениях

образуются

трещиньт'

свар!{ь1е соединения

весьма хрупки.

||ронность

полу_

чаемь1х

соединений

мо}кно

повь1сить

пр именен

ием п

ромех(уточнь|х

вставок

и3

третьего

металла'

например

меди

или никеля.

Ёесмо_

тря

на отсутствие взаимной

растворимости

молибдена,

меди'

ме)кду

ними во3мо'(но

получение

сварн'ого

соединения'

равно_

прочного с

медью' если оплавлять

медь

на молибден.

Аналогично

возмо}кно

соединение

нио6ия с аустенитнБ1]!1}1

€?8.]19,йи'

если опла_

влять

сталь

на Ёиобпй

или его сплавь|. 1акое

соединение

полу_

чают

сваркопайкой'

^&1олибден

мо)кно соединять

коваром

(н29к18)

внахлестку

электронно-луневой

сваркопайкой.

Бо

избе>кание

образования

интерметаллических

соединений ме)кду

молибде.ном

и коваром

рекомендуется

применять

сварку

чере3

прослоику

из

другого

металла'

не образующего

интерметаллидов

ни с молибденом'

ни

легирующими

элементами

ковара' например

через

прослойку

и3

хрома

или

т'4тана.

[!ри

сварке

тант,!ла

и его сплавов

с )келезом

и сталями

обра_

зуются

интерметаллические

соединен[1я

тантала

}келе3а.

[ирконий

его

сплавь!

мо}кно соеди!{ять

достаточной

прон-

ностью

со сплавами

никеля

корро3ионно-стойкими

сталями

свар-

кой

трением.

(оедит:ение

циркон||я'

титана,

тантала

или

сплавов

ца

их

основе

углеродисть|ми

и корро3ионно-стойкими

сталями

мо)кно

вь!полнять

сваркой

взрь|вом,

}читьтвая

особеттностц

сварки

тугот!лавких

металлов

со ста-

лями'

сплавами

другими

металлами'

лучшими

способами

сле'

191

дует

считать

электронно-лучевую

дифу3ионную

сварку.

но

сварка лучом

неприменима

для

ра3витых

поверхностеи

контакти'

ро,!"'я

(плоских,

конических

т.

д.).

Б этом

случае

более.эфек-

тивно

применение

дифузионной

сварки.

Рассмотрим

диффу3ион-

ную сварку

некоторь|х

тугоплавких

металлов

со сталями'

спла-

вап{и

и с

другими

металлами.

€варку

йолибдена

со сталью

12х13

исследов_ал^и

н^а^^образшах

диа*е"!,ой

16 мм,

длиной

мм

при.[

-:900,

950,

1000,

1050

1100'ё;

0,5;

1,5;

2,5

кгс/мм2;

:5;

10;

мин

10-д-:_10-б

мм

рт.

ст.

Бизуально

макротрещинь1

не бьтли

обнару}кень]

н^а^Р:т

свар-

нь:х

образцах.

Фбразпьт'

свареннь|е

при температуре

900'с

в пре;

делах'принять1хвь|1певременисваркиидавлений'и3менении

геометрических

размеров

не

имели.

||ри температуре

1000'с

дефорйашия

набЁюдалась

при

давлении

1,5

кгс/мм2

и в!€мени.

.Бар!,"

10 мин.

|]овьтшег:ие

температурь:

до

1100" с

вь|,ь|в-ало

де-

;

формашию

,р,

д','.йии

кгс/мй'

йЁ,

време-ни

сварки

10 мин"

||[и

температуре

1200'с

образцьт

сильно

деформировались

при

давлении

0,5

-кгс/мм2

и времени

сварки

мин.

}1еталлографинески

проме}куточном

слое

обгтару>кеньт

зонь1

разл"Ё"ой

травимости._

€о

сторонь:

молибдена

наблюда-

лась

резко

очерченная

нетравящаяся

полоса

толщиной

0,$_

мкй

повь:тпенной

твердости

и хрупкости.

унастку

повы_

ш:енной

хрупкости

прилегала

1широкая

слабо

травящаяся

по'

лоса'

составляющая

больтпую

настЁ переходной

зоньт.

1равимость

этой

зонь:

по 1пирине

неодинакова

увеличивалась

по

направ-'.

лению

от стали

молибдену.

1|1ирина

этой

3онь1

менялась

в зависимости

от

ре}|(има

сварки.

€т!уктура

3онь1

имела

столб-

чатое

строение.

Разлйчная

травимость

участков

переходной

зоньт

о6ъяс1!яется

неодинаковой

к6нцентрашиеа

диффундйрующих

элементов

и о6ра-'

3ованием

ра3личнь|х

структур.

[иаграмма

равновесного

состояния

системь|

молибден->ке-

ле3о

пока3ьтвает'

что

молибден

)келе3ом

могут

образовьтвать

твер_.

дь1е

растворь:

с_Ре

и с-.&1о п_е_ременной_концентрации

,(ве!4нте!;

й.{'}'й,".'.""

фазь:

е-Ре'.&1о2

и о-Ред4о.

€оединение

Ре'|!1о'-

устойчиво

при

всех

температурах

вплоть

до

его температурь1

пла_

вления

(1450.

€). €оединение

Ре}1о

_образуется

по

перитектиче-

ской

ре|кшиш

л'ри

температур€-

1_5^49'ц

1емпературная

область

"уш..",','ния

Ё-6азьт

:[вш::ь+о'€.

|1ри

охлах{дении

эта

фаза

распадается

на

о-фазу

'с[_твердь:й-

р-аствор.

1,ром,

прису"с"}уйщий

стали

1,х13,

6бразует

молибденом

непрерьтвнь|й

р'д

твердь|х

растворов.

Фн находится

тверд0м

расйворе

моли6дена

и желе3а

приводит

образовани1о

хромо_

йолибЁенового

феррита.

е-фаза

отличается

повь1шенной

тверАо-

стью

и хрупкостьб.

|1оэтому

переходной

зоне

при

сварке

мо-

либдена

й стали

12х13

во3мо)кно

образование твердь1х

растворов

с-}1о, с-Ре, легированнь|х

хромом'

и интерметаллического

соеди'

\92

нения на базе

соединения

Ре'.&1о'.

3то

подтвер)|{дают

ре3ультать1

спектрального и

рентгеноструктурного

анал\4за.

;}1икротвердость

моли6дена

не

меняется

в 3ависимости

от

ре-

>кима сварки;

твердость

стали

повь1||]ается

зоне

локального

разогрева'

что связано

ускореннь1м

охла}|(дением

образцов

после

сварки' приводящим

мартенситному

превращению

стал\4.

1вердость

с-твердого

раствора

не

меняется

от

температурь1

да_

вления; твердость е_фазьт

несколько

возрастает

повь11пением

тем-

пературь1.

}{аксимальная

прочность

соединения

достигается

при |:

:900-:_1000'€;

р:\_+\,5

кгс/мм2;

|:15-+20

мин и

в*

10-4

10_6

мм

рт.

ст.' ов

39-+-46 кгс/мм2.

9тот

рех<им

мо}кно

считать

оптимальнь|м

для

сварки

молибдена

со сталью

12х13.

6ни>кение прочности

соединения

при

повьт1|]ении

температурь1

и време!{и сварки

свя3ано

с образовайием

хрупкой

с-фазьт,

твер-

дость

1пирина

которой

увеличиваются

с повь|11]ением

темпе-

ратурь1.

€вариваемость

молибдена

со сталью

12х18н9т

исследовали

лри

1000;&1100

1200'(;

р:0,5;

0,8;

1; 1,б и

2 кгс/мм2;

|:5;

10;

15; 20

30 мин;

Б:

10-с

мм

рт.

ст.

Б зоне

контакта непроваров

нет.

€ветлая

полоса

тшириной

-5

мкм непосредственно

места контакта

свидетельствует

о про_

хох{дении

диффузионнь!х

процессов

при

соединении

этих

двух

металлов в

вакууме и

представляет

собой

смесь

интерметаллидов

$!{}!лена--($-о'РФ

с >келе3ом

молибдена

с никёлем (}4о\!,

}7[о\|,

и }!о\|/'

Фптимальнь:е

3начения

параметров

ре)кима

дифузионной

сварки

мол^ибдена

со сталью

12[18Ё9]:

1200"

€]

р:0,5+-

+-1

-кгс/мм-2;

[: \5

мин

10_{

мм

рт.

ст.

.€з^а^рку}молибдена

с ковафом

(н29к18)

вь|полняли

при 7

1000-;_1300'€;

0,5_;-2

кгс/мм2;

1':

5-:_30

мин и в

10-д

мм

рт.

ст. Б качестве

оптимального

мо)кно

рекомендовать

следуютт(ий_

рех(им:

|100'€;

0,5 кгс/мм';

10 мин

А;Б

10-д

мм

рт.

ст.

Ёепровар

зоне контакта

при

этом

ре)*(име

не

наблюдается.

и1нтерметаллидьт

зоне контакта

распределень1

в виде

дисперс_

ньтх

включений'

}1олибден

с никелем

обладают

взаимной

растворимостью'

диффузионная

сварка их

не

вь|зьтвает

значительнь:х

ослох<нений.

сва-рка

вь|полнима

при 7:

950'

(;

:0,7

кгс/мм2;

:20

мтан

10_д

мм

рт.

ст.

,\{о,'тибден

йед"то взаимно

нерастворимь:.

Фпубликованнь|е

р€3ультатьт по

диффузионной

сварке

молибдена с

медью

непосред_

ственно

ме}кду

собой весьма

противоречивь|:

одни

соединения

о6ла-

дают

достаточно вьтсокой

прочностью

до

кгс/мм2,

другие

-'неудовлетворительной.

Ёаиболее вь|сокие

прочностнь|е

показа-

19{"

,р,

ограниченной

маркопластической

деформации

меди

до.

стигаются

лри

7:950'

с;

р:1,5+-1,6

кгс/мй2]

#: 15+-30

мин

Ф.

1(азаков

|93

к?с|пм?

-Ё

Ё*

Ё* Ё*

$Ё €ъ-

Рцс,

1 !, |7ропноспоь

ме0емолцб'

0еновых

сое0цненшй

после

сваркц

пер141!|!ескшх

шспыпанцй

в вавал-

с!1мос!пц

о/п

п1ехнолоецш

по0ео-

,повкц

поверхнос!п!1

Б:10-с

мм

рт.

ст.

€ое-

динения'

полученнь]е

свар-

кой

на таких

ре)кимах'

не

обладают

вьтсокой

термиче-

ской

стойкостью

при

со'

хранении

вакуумной

плот-

ности.

3начительное

раз-

личие

меди

молибдена

в температурном

рас1шире'

нии

приводит

к появлению

напрях(ений

при

нагреве

деталей.

Фтрицательно

ска_

зь]вается

и отсутствие

диф'

фузионной

переходной

3онь]

соединет1ии'

что

не создает

пред-

пось1локдляра3витиярелаксационнь|хпроцессоввконтакте.

|1оэтому

при

изготовлеции

ответственнь1х

сварнь1х

конструк-

ций

деталей

узлов

из

молибдена

с медью

рекомендуется

дифу_

3ионную

сварку

молибдена

с медью

вь1полнять

чере3

промех{уточ-

ньтй

сйой

нике,пя,

обладающего

взаимной

растворимостью

с обоими

;

металлами.

Ёикель

наносят

гальваническим

путем

толщиной

7-|4

мкм'

Ёаилуятпие

результать1

при

диффузионной

сварке

достигаются

,р,

'|"'.'ой"ой

покрьттий

молй6дена

слоем

никеля.

Ёанесение

двухслойного

никелевого

покрь1тия

или

предварительное

хроми-

рование

молибдена

перед

никелированием

оказалось

недостаточно -

эффективньтм.

'_|1ронность

соединений

молибде|]а

с медью

через

слои

никеля'

вь1г1олненнь]хнаоптимальномрежиме?:950-:_1050.€;р:

1,ь*:,о

кгс/мм2;

Ё:

10-:40

йин

10-д

мм

рт.

ст.'

дости-

гает

15,1

кгс/мм2.

3лектросопротивление

пластин'

свареннь1х

на

оптимальном

ре}киме'

составляло

среднем

1,2'10-6

Фм

против

1,6

10_6

Фм

паянь1х.

(оединений

молибдена

'медью

чере3

промех<утонньтй

слой

никеля'

применяемь1е

деталях

узлах

электроннь1х

изделий,

после

термоиспьттаний

сохраняют

достаточную

прочность

(рис.

1 1).

Аиффузионную

сварку

молибдена

со

сплавом

пм30

(30%

по

массе

меди'

остальное

молибден)

проводили

целью

получения

прочного

нера3ъемного

токопроводящего

соединения'

.&1акетньте

изделия

из

моли6дена

||}130'

свареннь1е

при

950"

€;

тц 20 мин;

10-д

мм

рт.

ст.'

не

вь1дер)кивали

194

технологической пробьт н4

у!ар

ра3ру1|!ались

по месту соедине_

ния. Б местах контакта наблюдались

весьма слабь:е

участки

схва-

ть!вания'

имев1пие

гладкий

темньтй вид' свидетельствовав|лие

ли1пь

о начальнь1х

следах

диффузионного

взаимодействия.

|!о-

этому 7

950" €

явно недостаточн

а, так как }|их{е

тем|1ературь1

начала

рекристалл

изации

молибдена.

}1акетнь:е изделия'

сварен-

нь1е при 7

1050'(

30+-40 мин' полностью

удовлетво-

ряли

требованиям механичест<ой

пронности. Разругшение

сварнь!х

изделий

происходило по сплаву

||.ш130.

А4икроскопически

граница

сварки

ра3личалась

ли1шь по

ра3-

нице структур соединяемь1х металлов'

что свидетельствовало о вь{_

соком

качестве

сварного соединения.

Фптимальнь1м

ре}<имом

сварки молибдена

со сплавом пм30

следует считать

7:1050"(;

р:1

кгс/мм2;

|:30-: 40 мин;

10-{

мм

рт.

ст.

[иффузионную

сварку вольфрама

с медью вь]полняли непо-

средственно и чере3

промех{уточнь:й

слой никеля

10;_14 мкм)'

нанесенного гальваническим

способом.

€варньте

соединения непо_

средственно вольфрама с медью имели

невь1сокую прочность

(7:800;

900

950'€;

Р:

|,6;2 и 2,2

кгс|мм2; [:25;30

40 мин и Б

10_д

мм

рт.

ст.).

Фптимальньтй

ре>ким

сварки

вольфрайа с медью

через

проме-

>кутонньтй никель

(г:950'(;

:1,6

кгс/мм2; [:25--30 мин

10-{ мм

рт.

ст.) обеспечивал

прочность соединения

13,3 кгс/мм2.

(варку

вольфрама

с молибденом

вь1полняли

при 7: 1600_;-

+-1900'

(;

:2+-4

кгс/мм';

15+_30

мин

10-д мм

рт.

ст.

€варньте образцьт испь{ть]вали

*та

изги6.

"г{унтпие

ре3ультать1

получень1

на образцах,

свареннь|х

при

1900"

€;

2 кгс/мм2;

1: 15 мин; 6

10-д мм

рт.

ст. |!оэтому этот

ре}ким

мо)кно

'считать

оптимальнь1м.

Фднако сварнь1е соедине_

ния'

полученнь1е

сваркой

на

этом

ре)киме'

имели

недостаточную

прочность.

.[1ля

повьтшения

прочности

сварку вольфрама с мо-

либденом

вь1полняли через проме)куточную

прокладку'

исполь-

3уя

качестве

материала прокладок

тантал

молибден' €вар_

ку

вольфрама

с молибденом чере3

прослойку

из

танталовой

фольги

толщиной

50 мкм проводили на

ре)киме

1900'(;

кгс/мм2;

[

мин; Ё

10_д мп,1

рт.

ст.

|1ри

металлографинеском

исследовании

на границе

раздела

четко

вь1рисовь1валась

полоса

фольги.

[раница со

сторонь! воль-

фрама

волнистая'

со

сторонь|

молибдена

пилообразная.

Бепро-

вар

вь13ван

оставшимися

на

поверхности тантала

окислами.

!.ля

сварки

тантала

необходимо повь|сить степень

ра3ре}кения

сва_

ронной

камере.

}величение времени вь!дер)кки

до

60 мин

не и3-

менило

характера

микроструктурь1 в 3оне

контакта.

Ёепровар

сохранялся.

||ри

сварке

вольфрама

молибденом

через

либденовой

фольги

толщиной 50 мкм

непровара

|3*

прослойки

из

мо-

не наблюдалось'

195

€о

стороньт

молибдена

имелись

участки

исче3нувшей

границей'

3ерно

молибдена

хрупкое..

'||о

данным

металлографинеского_ая^ализа'

при

сварке

рассма-

триваемь1х

металлов

через

сплав

}1Б50,

нанесеннь]й

га3опламен-

нь1м

напь|лением'

гранйца

ме>т{ду

напь|леннь|м

слоем

и молибде_

ном

не

обнарух<ивается.

8е

мо>кно

определить

только

при

различ-

ной

величийе

зерна

в прослойке

и в

основном

металле'

1ехнологию

сварки

зеркал

рентгеновских

трубок

отрабатьт-

,,,^

образшах

вольфрйа.марки

Б4,

вольфрама-рения

марки

БР10

молибдена

марки

.&14.

.[|ля

определения

рех<имов

дифузионной

сварки

вакууме'

обеспечивающих

равн6пронность

с^варного

сть1ка

основного

ме_

;;;;;'';;й;"

'6р,.ш,|

длиной

йм,

сечением

|2х12

испь1ть1_

;;;;

изгиб.

!1спьттания

на

растях{ение

не

применяли

из-3а

неудовлетвор

ительной

мех1н

111с}91

обг

абать|в

аемости

вольфр

ама

при

комнатнои

температуре'

что

не

позЁоляло

получить

стабильно

о6работаннь1х

разрь|вньтх

образшов'

ог

--__

'Биметаллические

диски

диаметром

мм

штамповали

на

конус

с углом

17'

на

пятитонном

эксцентриковом

прессе

при

темпера_

ту!е

1300-1400"

с.

1(ачество

сварки

считалось

удовлетворитель-

н!!м

при

отсутствии

трещин

ос!!овном

металле

расслоения

по

плоскости

сварки.

3ксплуаташионную

проверку^^биметаллич-еских

(зеркал)

ано_

дов

проводили

при

{емпе|:атуре-2000-2500"

€

и частоте

вращения

6000

^'б/*"".

|(ачество

сварки

считалось

удовлетворительнь1м'

если

при

этом

не

наступало

расслоения

изменения

формьт

рабо_

ней

поверхности.

Аля

сварки

прутковьтй

металл

разрезали

на

3аготовки длинои

мм,

которь1е

ст*ковали

попарно

методом

дифузионной

сварки

вакууме

после

соответствующей

обработки

свариваемь!х

поверх-

;;й*:

||редварительно

свариваемь1е

поверх1{ости

подвергали

тплифованию

обезх<ириванию

спиртом_р6ктификатом'

||еред

с,,р*о*

соединяемь1е

поверхности

подвергали

хймической

обра-

ботке.

ряде

случаев

ме}1цу

свариваемь1ми

поверхностями

помещали

проме1куточный

слой

(проклалк})'

|[осйе

механической

и химической

обработки

свариваемь]х

по_

вер1ностей

детали

помещали

сва!очную

хамеру'

где

на них

г|одавали

установочное

давление

0,5

кгс/мм2'

[|осле

откачки

до

.'[!""'*

с"е,",,

разрех(ения

ра3огрева

до

необходимой

темпе-

ратурь1

на

детали

т1ередавали

сваронноё

давление'

3о

время

сварки

температуру

давлёние

поддер}кивал|4

постояннь1ми'

||о

оконча_

нии

времени

сварки

генератор

отключали'

и температура

посте_

пенно

сни)калась

за счет

теплоотвода'

Фхла>кдение

к.амере]про-

исходило

д'

""',фф'

ябб"

под

давлением

0'5

кгс/мм2'

3атем

напускали

во3дух,

даЁ}ение

снимали

детали

вь|грух(али

и3 сва_

;;;*;;_;;-ъъ;]'!!'.'.

охла)кдения

сварнь1е

прутковьте

образць:

испь|ть1вали

ъта

изти6,

дисковь1е

биметаллические

обра3ць|

под-

196

вергали 1птамповке

металлографинескому

исследованию'

а зер-

кала

ультразвуковому

контролю и (вьтборонно)

металлографине_

ским

исследованиям.

[ля

разработки

технологии

диффузионной

сварки

в вакууме

молибдена

вольфраморениевь]м

сплавом

в_связи

дефицитно_

стью последнего

вначале

определяли

лараметрь]

диффузионной

сварки

молибдена и

вольфрама.

3атем

ре)кимь1

сварки

корректи-

ровали

применительно

соединению

молибдена

с вольфраморе_

ниевь|м

сплавом.

!,ля

соединения

молибдена

с вольфрамом

(и

вольфраморение_

вь1м сплавом) использовали

вакуум 10-3-10-4

п{м

рт.

ст., а

д]|я

ускорения

процесса

соединения и

поних{ения

температурь1

сварки

промех<уточную

прокладку

мех(ду свариваемь|ми

поверхностями.

Бсе образць1

поставляли

после

травления их

растворе

селитрь!'

Ре;ким

сварки

постоянньтй:

7 _

1900"

€;

|,5 кгс/мм2;

мин;

сварке

пред1шествовала

комплексная

химическая

обра-

ботка. |1рослойки

наносили

после'

указанной

подготовки

поверх-

ности.

Ёаилуншей

даннь1х

условиях

оказалась

поверхность'

г{олу-

ченная

прокаткой.

Б последующей

работе

при

переходе на

сварку

реальнь!х

зеркал

вольфрамовьте

вольфраморениевь|езаготовки

свар\1'вали

непосредственно

по поверхностям'

полученнь!м

про-

каткой,

а молибденовь1е

3аготовки-обрабать1вали

на токарном

станке

для

улуч1пения

прилегания

сопрягаемь1х заготовок.

1(ом-

плексную

химическую

обработку

непосредственно

перед

сваркой

проводили

для

снятия

поверхностнь|х

пленок'

которь1е

всегда

образуются

на

металле'

соприкасающемся

с воздухом.

!,ля

определения

оптимального

ре)кима

сварки заготовки

и3

пруткового

металла

сваривали

всть1к.

(ачество

сварки оценивали

испь1таниями

на изги6.

!,обавка

ре!тия

повь11пает

пласт!1чность

вольфрама'

что по3во-

ляет

умень1пить

давление

при

сварке.

|1ятиминутная

продол-

)кительность

диффузионной

сварки вольфрама

обеспечивает

равно-

прочность

сварного

сть1ка и

основного

металла лри 7

1700'€

р'=^9

кгс/мм2,

лри

1800'( и

р:8

кгс/йм2 и

лри [

:1900"(ир:7кгс7мм2.

}величение

продолх{ительности

сварки

вольфрама

при прочих

равнь]х

условиях

приводит

к неоднородности

структурь1 свари-

ваемь]х

образцов

3оне сварки.

3то

подтвер}кдает

микрострук-

тура

зонь1

сварки

вольфрама,

полученная

при температуре

1в50"

с,

давленйи

5 кгс/мйъ,

"|е'е"''вь1дер}кки

20 мин.

}[икроструктура

зоньт

сварки молибдена с молибденом,

обес-

печивающая

равнопрочность

сварного сть1ка

основного

металла'

получена

прп

[

1700"

(;

кгс/мм2; |

\5 мин.

[|овьтше-

ние

температурь1

при

неизменном

време!ти

сварки

позволяет

умень_

шить

необходимое

давление

при.сварке

одноименньтх

металлов.

Больфрам

молибденом

с}аривали

при

1600"

(;

кгс/мм2

!:15

мин.

АанЁьтй

ре>кий

св6рки

обеспечивает

197

оав!1опрочность

соединения

при

испь]тании

на

изги6'

процессе

!..,'у|''ции

биметаллические

зеркала

работают

при

температу-

ра*

л'

2200"

с,

возникающих

за 0,1

с.

Больтпие

градиенть]

темпе-

?'.'ур

естественно

вь1зь1вают

внутренние

напря}кения

переменного

знака'

которь]е

складь1ваются

напря)кениями'

обусловленньтми

йБй!рЁ,с"й"6й

силой.

таких

условиях

наличие

видимой

под

мик$оскопом

г!олосьт

ра3дела'

нто

наблюдается

данном

случае'

недопустимо.

'Ре>''*,'

диффузионной

сварки

вольфраморениевого

сплава

молибденом

йет|а'ного

отличаются

от

!9щ'*.

дифузионной

сваоки

вольфрапта

*ол'о!е"ом

(?: 1700'(;

р:3,5

кгс/мм2;

ть

мин).'Ёа

микрофотографии

отчетливо

вь!является

темная

полоса

на

границе

раздела

мех{ду

вольфраморениевь1м_сплавом

и молибдегтом.

}величение

давления

до

кгс/мм'

при

прочих

равньтх

условиях

не

устраняет

включений

на границе

ра3дела'

1акий

образом,

дайе

случае

применения

комплекснои

хими-

ческой

обработки

нт1 ||а

одном

и3

рех(имов

не

удалось

получить

качественногосоединения3аготовокиз.занал11ч|1янаповерхно.

стях

адсорбг:рованньтх

слоев

га3ов

других

веществ'

|!осле!уюйие

исс.|1едования

проводили

при

более

вь1соких

температурах

с пр[1менением

проме)кутонньтх

прокладок'

обеспе-

чивающих

в3аимную

диффузию

компонентов

соединяемь1х

ме-

"''ё3},*,

вольфрама

с молибденом

через

л^рослойку

из тантало-

вой

фольги

','.''""}й

й,

р"й"*.

:э0о"

(;

кгс/мм2;

мин.

||ри

этом

микроструктура

двух

сварнь1х

дисковь1х

биметаллических

образцов

йзменилась'

Ёа

границе

ме)кцу

сва-

оиваемь{ш{и деталями

четко

вь]явилась

полоса

танталовой

фольги.

б'ч-''"''

видимь:й

непровар

3оне

контакта

вь1зван'

очевидно'

наличием

окислов

на

поверхности

тантала

при

степени

разрех{е_

ния

10_3-10-6

мм

рт.

ст.

(вместо

рекомендуемого

для

тантала

вакуума

10-6

мм

рт.

ст.).

Ёесптотря

на

эти

недостатки'

сварное

"оедй"е""е

обладало

удовлетворительной

тт'ттампуемостью:

оно

,,щ.р*.''

формовку

Ёа

конус

под

углом

15'

при

темг|ературе

1400'с

штампе

для

зеркал.

}величение

времени

сварки

до

мин

при

прочих

равнь1х

условиях

не

изменило

характера

соединения

зоне

сварки'

}1е>кду

йетко

вьтделяюп1имся

слоем

фольги

свариваемь1ми

деталями

ри

металлогр

афинеском

исследо

в ани'7

об

н а

у>ки

а*зс:

^1:сплош:-

*'''',.

Фднак6

при

:,т''.овке

на

конус

под

у-глом

расслоения

не произошло.

Б месте

перегиба

слой

вольфрама

треснул

и3_3а

,',й","'й

хрупкости

результате

развития

р-екристаллиза'

ции'

но

сварное

соединение

осталось

без

изменений'

йр"

,рийе"е"и"

прокладки

из молибденовой

фольгибыл

изме_

нен

ре)ким

сварки

вольфрама

молибденом:

?-:

1900"

€;

кгс/мм';

|:15

мин.

Ёа микро|труктуре

3онь!

сварки

волфрама

молибденом

четко

видна

граница

мей,:{у

фольгой

и вольфрамом'

однако

несплош-

198

ность

отсутствует.

€о стороньт вольфрама имеются

участки

ис-

яезнувшей

границей; 3ерно молибдена

крупное. 3аготовка вьт_

дер)кала

формовку

в 1птампе при температуре

1400'с

(при

этом

края образца образовалась трещина

длиной

мм). [раница

ме)кду

вольфрамом

фольгой

четкая' однако

толщина ее в основном не

превь1шает

толщин ме)кзереннь|х границ вольфрама.,&[олибден

крупнозернистьтй.

!,анньтй

ре)ким

сварки не обеспечивает ста_

бильности

качества сварного соединения. [[ри

1900"

€;

2 кгс/мм2;

30 мин

граница ме)кду вольфрамом

фольгой

отсутствует'

ее мо)кно определить

только по

ра3ности

величин

зерен.

|7ри 7

1900'(;

кгс/мм2; /

60 мин

фольга

в про-

цессе

металлографинеского исследования

не

обнару>кивается.

(онтактная

поверхность

определяется

на

некоторь|х

участках

по

несколько

утолщеннь1м

граница1!1 3ерен.

|1ри исполь3овании прослойки

из молибдена' полученной га-

3онапь]лением'

ре)ким

сварки

1900"

€;

кгс|мм2; !

мин.

€о

стороньт

молибдена'граница почти не заметна. €о

сторонь|

вольфрама

граница

определяется

только

по

разной

вели_

чине

зерен напь1ленного

слоя

вольфрама. Ёа границе напь1лен-

ного

слоя с вольфрамом в некоторь]х местах есть порь1.

€варку

чере3

прослойку и3

сплава мв50,

нанесенного

газо-

пламеннь1м

напь|лением'

вь1полняли г|а

рех(име

1900'€;

кгс/мм2;

30 мин.

.}4еталлографинеские

исследования

3онь1

сварки молибдена с вольфрамом не обнару>кили напь1лен-

ного слоя. |раница слоя со сторонь| молибдена отсутствовала'

а со сторонь: вольфрама определялась ли11]ь по

разной

величине

3ерен

слоя и

вольфрама.

|!ри применении прослойки из

рения'

-нанесенной

электроли-

тическим путем' сварку

вольфрам9рениевого

сплава с молибде-

номвь]полнял\1 на

ре)киме

1900" с;р

:2кгс|мм2;

30мин.

Фбразеш без

расслоений

вьтдер>кал

формовку

в 1птап{пе при темпе-

ратуре

1400"

с. 3лектролитически

нанесенньтй

рений

металло-

графинески не обнару>кивается.

|иния

ра3дела

отсутствует. €оеди-

нение

качественное.

результате

проведеннь1х

исследований и проверки опь:тной

партии

свареннь]х зеркал вьтбран оптимальнь!й

рех<им:

1900'(;

р:2

кгс/мм2;

1:60

мин. ./1унтпие

результать1

при

сварке

молибдена

с вольфрамом получень1 г{ри

исполь3овании мо-

либденовой

фольги

толщиной

до

мкм, а при сварке

молибдена

с вольфраморениевь|м

сплавом

слоя

рения'

нанесе1{ного

элек-

тролитическим

цутем

€варку ниобия

со сталью

40!,'

вьтпол|1яли

для

армирования

ниобиевьтми

наконечниками

ультразвуковь1х

ви6раторов,

работаю-

щих

в среде

расплавленного

металла.

€ушественную трудность

для

получения

сварнь1х

соединений

рассматриваемь1х

металлов

представляла

ограниченная

растворимость

боль:лая

разница

температурах

плавления

(для

стали

40х г'л

1450" €,

для

ниобия

7,,

:2470'с).

€варное

соединение нио6ия

со

сталью

199