Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия

Проведены исследования по пайке образцов из титановых сплавов алюминиевыми припоями различного состава. Определено, что для получения паяных соединений титановых сплавов приемлемо использование алюминиевых припоев без кремния. Температурный интервал пайки 670…690 °С является оптимальным для выбран...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Хорунов, В.Ф., Воронов, В.В., Максимова, С.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101891
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия / В.Ф. Хорунов, В.В. Воронов, С.В. Максимова // Автоматическая сварка. — 2012. — № 11 (715). — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-101891
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1018912016-06-10T03:02:17Z Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. Максимова, С.В. Научно-технический раздел Проведены исследования по пайке образцов из титановых сплавов алюминиевыми припоями различного состава. Определено, что для получения паяных соединений титановых сплавов приемлемо использование алюминиевых припоев без кремния. Температурный интервал пайки 670…690 °С является оптимальным для выбранных припойных материалов. Investigations on brazing of titanium alloy samples by using different compositions of aluminium filler alloys were carried out. Silicon-free aluminium filler alloys were found to be acceptable for producing the brazed joints on titanium alloys. The 670...690 °C brazing temperature range is optimal for the selected filler alloys. 2012 Article Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия / В.Ф. Хорунов, В.В. Воронов, С.В. Максимова // Автоматическая сварка. — 2012. — № 11 (715). — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101891 621.791.3 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. Максимова, С.В. Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия Автоматическая сварка
description	Проведены исследования по пайке образцов из титановых сплавов алюминиевыми припоями различного состава. Определено, что для получения паяных соединений титановых сплавов приемлемо использование алюминиевых припоев без кремния. Температурный интервал пайки 670…690 °С является оптимальным для выбранных припойных материалов.
format	Article
author	Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. Максимова, С.В.
author_facet	Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. Максимова, С.В.
author_sort	Хорунов, В.Ф.
title	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия
title_short	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия
title_full	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия
title_fullStr	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия
title_full_unstemmed	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия
title_sort	пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101891
citation_txt	Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия / В.Ф. Хорунов, В.В. Воронов, С.В. Максимова // Автоматическая сварка. — 2012. — № 11 (715). — С. 3-6. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT horunovvf pajkatitanovyhsplavovpripoâminaosnovealûminiâ AT voronovvv pajkatitanovyhsplavovpripoâminaosnovealûminiâ AT maksimovasv pajkatitanovyhsplavovpripoâminaosnovealûminiâ
first_indexed	2025-07-07T11:31:54Z
last_indexed	2025-07-07T11:31:54Z
_version_	1836987623020691456
fulltext	УДК 621.791.3 ПАЙКА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИПОЯМИ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ Чл.-кор. НАН Украины В. Ф. ХОРУНОВ, В. В. ВОРОНОВ, инж., С. В. МАКСИМОВА, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Проведены исследования по пайке образцов из титановых сплавов алюминиевыми припоями различного состава. Определено, что для получения паяных соединений титановых сплавов приемлемо использование алюминиевых припоев без кремния. Температурный интервал пайки 670…690 °С является оптимальным для выбранных припойных материалов. К л ю ч е в ы е с л о в а : пайка, титановые сплавы, алюми- ниевые сплавы, промышленные припои, смачивание, микро- структура, механические свойства Начиная с 1960-х годов при пайке титановых спла- вов широко используют припои на основе алюми- ния. В качестве припоев в основном применяют чистый алюминий либо сплавы систем Al–Si, Al– Si–Cu, Al–Mg [1–7]. Составы некоторых стандар- тных припоев на основе алюминия приведены в табл. 1. Главными преимуществами алюминиевых припоев являются низкая температура плавления; малый удельный вес; хорошая совместимость с паяемыми титановыми сплавами, в частности, хорошее смачивание и затекание в зазор. Поэтому алюминиевым припоям уделялось особое внима- ние технологов с момента, когда сплавы на основе титана нашли применение в авиакосмической отрасли. Существенным недостатком припоев на основе алюминия является активная реакция с основным металлом. Даже относительно короткий проме- жуток времени контакта титана с расплавленным алюминием может привести к глубокой эрозии основного металла. С целью уменьшения актив- ности чистого алюминия и снижения температуры пайки (и, как следствие, снижения вероятности появления интерметаллидов) припои на основе алюминия легируют кремнием. При этом сущес- твует вероятность образования силицидов на границе титановый сплав – припой. Но главную трудность представляет пленка Al2O3 на алюминиевых припоях, которая препятствует рас- теканию их по основному металлу. Несмотря на большое количество проведенных исследований по пайке титана алюминиевыми припоями в настоящее время на территории Вос- точной Европы, и особенно в Украине, пайка титана припоями именно такого типа не получила распространения. На сегодня имеются публи- кации по разработке новых алюминиевых припоев для пайки титановых сплавов [7], свидетельству- ющие о потребности промышленности в коммер- ческих среднеплавких припоях для пайки титана и его сплавов. © В. Ф. Хорунов, В. В. Воронов, С. В. Максимова, 2012 Т а б л и ц а 1. Перечень стандартных припоев на основе алюминия Марка припоя Страна- производитель Состав припоя Tп, °С АД1 СССР Al–0,4Si–0,3Fe 665 АЛ2 СССР Al–13Si 560…700 AVCON 48 США Al–4,8Si–3,8Cu–0,2Fe–0,2Ni 610…680 AA3003 » Al–1Mn–0,6Si–0,7Fe 660…670 TiBrazeAl-600 » Al–12Si–0,8Fe 590…610 TiBrazeAl-630 » Al–1,5Mg–4Cu–2Ni 630…660 TiBrazeAl-640 » Al–(4,4-5,2)Mg–(0,7-1)Mn–0,2Cr 640…660 TiBrazeAl-642 » Al–5,3Si–0,8Fe–0,3Cu–0,2Ti 650…680 TiBrazeAl-645 » Al–(4,3-5,5)Mg–0,25Si–0,4Fe–0,2Ti–0,2Cr 640…660 TiBrazeAl-655 » Al–6,3Cu–0,3Mn–0,2Si–0,2Ti–0,2Zr 650…670 TiBrazeAl-665 » Al–2,5Mg–0,2Si–0,4Fe–0,2Cr 660…680 11/2012 3 Сдерживание широкого применения алюмини- евых припоев в данном случае происходит из-за невысокой прочности полученных паяных соеди- нений, гораздо меньшей, чем прочность соедине- ний, выполненных титановыми припоями. Одним из перспективных направлений использования алю- миниевых припоев является пайка пластинчато- ребристых тонкостенных конструкций и тонкостен- ных сотовых панелей для авиакосмической про- мышленности, где относительно невысокая проч- ность паяных швов является приемлемой, что под- тверждено, в частности, в работе [7]. Выбору в поль- зу использования алюминиевых припоев способст- вует хорошее смачивание и растекание таких при- поев по титановой подложке при сравнительно низкой температуре, а также возможность дос- тижения низкого уровня эрозии основного метал- ла при пайке. Таким образом, все недостатки в данном случае перекрываются преимуществами — более низкой ценой, большей доступностью, лучшей технологичностью алюминиевых припоев по сравнению с титановыми и серебряными. Целью данной работы является получение дан- ных о преимуществах и недостатках алюми- ниевых припоев различного состава для пайки титана, а также попытка сравнения современных промышленных припоев и экспериментальных припоев с широко распространенными алюмини- евыми сплавами АД1 и АМг6. В качестве основного металла использовали низколегированный титановый сплав ОТ4. Иссле- довали две группы алюминиевых припоев для пайки титана: в первой в качестве депрессанта использовали кремний, во второй — магний. К первой группе относились стандартный сплав АЛ2, современный промышленный припой TiBrazeAl-642, а также экспериментальные сплавы, полученные методом порошковой металлургии Al– 12Si–1Mg, Al–12Si–0,3Li, Al–5Si–1,5V. Ко второй группе — сплав АМг6 и современный промыш- ленный припой TiBrazeAl-665. Для сравнения был исследован низколегированный сплав АД1. Эксперименты по выбору оптимальных режимов нагрева под пайку были проведены в вакуумной печи СГВ 2,4-2/15-И3, в вакууме 5⋅10–5 мм рт. ст. Для дополнительной очистки паяльной атмосфе- ры пайку проводили в вакууме в титановом кон- тейнере с геттером. В табл. 2 приведены краевые углы смачивания сплавов по подложке из титанового сплава ОТ4, измеренные при помощи программы AutoCad 2002LT. При повышении температуры пайки титановых сплавов происходит существенное улучшение смачивания и растекания припоев по подложке. Однако следует отметить, что припои с кремнием TiBrazeAl-642, Al–13Si и Al–12Si– 0,3Li плохо растекаются по поверхности титано- вых образцов вплоть до температуры 700 °С (при 740 °С растекание всех припоев настолько велико, что вызывает вытекание припоя из зазоров, при этом краевой угол смачивания составляет примерно 0 °С). В то же время припои из сплава АД1 и сплавов с магнием (АМг6 и TiBrazeAl-665) удовлет- ворительно смачивают титан уже при 670 °С. Металлографические исследо- вания паяных соединений, выпол- ненных алюминиевыми припоями с магнием, показали наличие сплошной интерметаллидной прос- лойки на границе припой–основ- ной металл (Tп = 685 °С; вакуум 5⋅10–5 мм рт. ст., t = 3 мин). Со- став прослойки варьируется от (мас. %): 48,67Al–47,95Ti– 1,05Si–0,57Mn в галтельном Т а б л и ц а 2. Зависимость краевых углов смачивания от температуры пайки Припой TL, °С Температура нагрева под пайку, °С 600 630 670 700 Краевые углы смачивания, град АД1 (Al–0,4Si–0,3Fe) 660 — — 60 ~15 АМг6 (Al–6Mg–0,6Mn–0,4Si–0,4Fe–0,1Ti) 632 — — 20 7...10 TiBrazeAl-642 (Al–5,3Si–0,8Fe–0,3Cu–0,2Ti) 630 — — 40 ~10 АЛ2 (Al–13Si) 578 90 90 55 ~25 TiBrazeAl-665 (Al–2,5Mg–0,2Si–0,4Fe–0,2Cr) 650 — — 25 8...10 Al–12Si–0,3Li 580 90 60 45 ~10 Al–12Si–1Mg 575 — 85 40 ~15 Al–5Si–1,5V 630 — — 40 ~10 Рис. 1. Микроструктура галтельного участка паяного соеди- нения из титанового сплава ОТ4, выполненного припоем АМг6 4 11/2012 участке (см. спектр 1 на рис. 1, табл. 3) до 72,68Al–20,75Ti–1,33Mg–0,74Si–0,36Mn (см. спектр 2 на рис. 2, табл. 4). В первом случае это приблизительно соответствует составу интерме- таллидного соединения TiAl2, во втором TiAl3. Необходимо отметить также низкое содер- жание магния в паяном шве — не более 1,5 мас. % (см. табл. 3, 4). Это объясняется испарением магния из металла шва в процессе нагрева и плав- ления припоя в вакууме. Благодаря этому, видимо, и происходит разрушение пленки оксида алю- миния на поверхности припоя, что значительно облегчает смачивание основного металла распла- вом припоя. Разрушенная оксидная пленка рас- пределяется по всему паяному шву (см. содер- жание кислорода в спектрах 1–9 на рис. 1, табл. 3 и 5–9 на рис. 2, табл. 4), кроме интерметаллидной прослойки на границе припой – основной металл. Включения светлой фазы по оси шва — это соединения алюминия с железом и кремнием, ко- торые присутствуют в сплаве АМг6 в небольших количествах. Металлографические исследования соедине- ний, выполненных алюминиевыми припоями с кремнием, показали, что паяные соединения отличаются плохим качеством, наличием трещин в швах и галтельных участках. Вдоль шва с обеих границ с основным металлом наблюдается крис- таллизация силицида в виде непрерывной полос- ки. Такие особенности формирования паяных швов не позволили получить качественные пая- ные соединения и избежать образования сили- цидов и трещин (рис. 3). Для оценки уровня прочности паяных соеди- нений провели испытания на прочность нахлес- точных соединений сплава ОТ4, выполненных с использованием промышленных припоев TiBra- zeAl-665 и TiBrazeAl-642, а также сплавов АД1 и АМг6. Толщина фольги припоев составляла 100 мкм для сплавов TiBrazeAl-665 и TiBrazeAl- 642 и 60 мкм для сплавов АД1 и АМг6. Припой в виде фольги располагали в зазоре паяемых об- разцов. Время выдержки при температуре пайки составляло 3 мин, температура пайки 685 °С. До- полнительно была проведена пайка образцов припоем АМг6 при температуре 720 °С. Резуль- таты механических испытаний показаны на рис. 4. Из приведенных данных можно отметить, что прочность соединений, выполненных припоями с Рис. 2. Микроструктура участка паяного соединения из титанового сплава ОТ4, выполненного припоем АМг6 Та б л и ц а 3. Химическая неоднородность галтельного участка паяного соединения из титанового сплава ОТ4, припой АМг6, мас. % Номер спектра O Mg Al Si Ti Mn Fe 1 1,76 — 48,67 1,05 47,95 0,57 — 2 1,62 — 50,89 1,06 45,83 0,60 — 3 1,13 0,43 97,01 — 0,79 0,64 — 4 0,77 0,49 97,84 — 0,25 0,65 — 5 1,24 0,28 97,78 — 0,13 0,57 — 6 3,01 0,15 95,68 — 0,15 0,69 0,32 7 1,07 0,53 97,01 — 0,77 0,62 — 8 1,78 0,71 96,59 — 0,28 0,63 — 9 1,31 0,71 96,71 — 0,64 0,63 — Та б л и ц а 4. Химическая неоднородность участка пая- ного соединения из титанового сплава ОТ4, припой АМг6, мас. % Номер спектра O Mg Al Si Ti Mn Fe 1 — 0,46 64,12 1,32 33,55 0,30 0,25 2 4,14 1,33 72,68 0,74 20,75 0,36 — 3 — — 54,42 1,34 43,83 0,41 — 4 — 0,75 68,94 1,10 28,78 0,43 — 5 1,16 1,43 96,22 — 0,60 0,59 — 6 1,12 1,25 96,35 — 0,74 0,54 — 7 1,23 1,46 96,47 — 0,30 0,54 — 8 1,64 0,96 81,16 0,48 0,30 1,99 10,13 9 1,15 1,05 85,72 0,46 0,30 1,66 9,66 10 — — 4,49 — 94,95 0,56 — 11 — — 3,59 — 95,90 0,51 —Рис. 3. Микроструктура участка паяного соединения тита- нового сплава ОТ4, выполненного припоем Al–5Si–1,5V 11/2012 5 магнием TiBrazeAl-642 и АМг6, практически одинакова и составляет 82…83 МПа, прочность же припоя с кремнием TiBrazeAl-665 низкая, что может быть связано с кристаллизацией силицида в виде непрерывной полоски на границе припой – основной металл. Следует отметить, что полученная прочность соединений, паяных промышленными припоями TiBrazeAl-665 (Al–2,5Mg–0,3Cr) (83 МПа), оказа- лась ниже, чем заявленная производителем [7] (порядка 98 МПа). Заявленных значений не уда- лось достигнуть и после изменения конфигурации паяемых образцов, которое было направлено на уменьшение изгибающей составляющей напря- жений при испытании на срез. Полученная проч- ность паяных соединений составила те же 83 МПа. Возможно в наших экспериментах не учитывалось какое-то ноу-хау авторов. Повышение температуры пайки крайне отри- цательно влияет на прочность соединений, пая- ных алюминиевыми припоями. Так, при пайке сплавом и АМг6 при температуре 720 °С выяв- лено двукратное падение прочности (поз. 3 на рис. 4), которое в данном случае можно объяснить увеличением прослойки Ti3Al вследствие усиления активности алюминия к титану при повышении температуры и увеличения времени контакта жидкого припоя с титановой подложкой. Полученная прочность паяных соединений (порядка 83 МПа), выполненных алюминиевыми припоями, является вполне достаточной при пайке сотовых, пластинчато-ребристых конст- рукций и пайке листовых изделий с большой пло- щадью контакта. Главным плюсом алюминиевых припоев в данном случае будет, как уже указы- валось выше, технологичность, дешевизна и до- ступность. Анализ полученных результатов показывает, что температура пайки 680…690 °С приемлема для получения паяных соединений титановых сплавов с помощью алюминиевых припоев, не содержащих кремний, в частности, сплавов АД1, АМг6, Ti- BrazeAl-642. Время выдержки при пайке титана данными припоями должно быть минимально воз- можным для предотвращения образования хрупких интерметаллидных прослоек. Выводы 1. Определено, что для получения паяных соеди- нений титановых сплавов приемлемо использо- вание алюминиевых припоев без кремния, напри- мер, АД1, АМг6, TiBrazeAl-642. Наилучшие ре- зультаты были получены с использованием припоев на базе системы Al–Mg (АМг6, TiBrazeAl-642). 2. Температурный интервал пайки 680…700°С является оптимальным для выбранных припойных материалов. Время выдержки при пайке титана дан- ными припоями должно быть минимально возмож- ным для предотвращения образования хрупких интерметаллидных прослоек. 3. При применении припоев на основе системы алюминий – кремний в паяных швах, кроме ин- терметаллидных прослоек на базе алюминия и титана, наблюдается образование силицидов. Они формируются в виде непрерывной полосы вдоль паяного шва со стороны основного металла, что способствует образованию дефектов в виде трещин. 1. Лашко Н. Ф., Лашко С. В. Пайка металлов. — М.: Машиностроение, 1977. — 328 с. 2. Wells R. R. Low temperature large-area brazing of damage tolerant structure // Welding J. — 1975. — 54, № 10. — P. 348–356. 3. Kimbal C. E. Aluminum brazed titanium acoustic structures // Ibid. — 1980. — 59, № 10. — P. 26–30. 4. Нестеров А. Ф., Студенов Г. В. Пайка нахлесточных соединений из титана алюминиевыми припоями // Материалы семинара «Повышение качества и эф- фективности сварочного производства на предприятиях города Москвы». — М., 1987. — С. 38–44. 5. Нестеров А. Ф., Долгов Ю. С., Телков А. М. Пайка тита- новых конструкций алюминиевыми припоями // Припои для пайки современных материалов / Под ред. А. А. Россошинского. — Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1985. — С. 39–45. 6. Соколова Н. М., Перевезенцев В. Н. Пайка титана алюминиевыми припоями: Прогресс // Методы высоко- температурной пайки. — Киев, 1989. — С. 28–31. 7. Shapiro A. E., Flom Y. A. Brazing of titanium at temperatu- res below 800 °С: review and prospective applications — http://www.titanium-brazing.com/publications/ DVS-Ma- nuscript_1020-Copy2-19-07.pdf. Investigations on brazing of titanium alloy samples by using different compositions of aluminium filler alloys were carried out. Silicon-free aluminium filler alloys were found to be acceptable for producing the brazed joints on titanium alloys. The 670...690 oC brazing temperature range is optimal for the selected filler alloys. Поступила в редакцию 26.07.2012 Рис. 4. Прочность нахлесточных соединений сплава ОТ4 (время выдержки 3 мин), запаянных следующими припоями: 1 — TiBrazeAl-642; 2, 3 — АМг6; 4 — АД1; 5 — TiBrazeAl- 665 (1, 2, 4, 5 — Tп = 685; 3 — 720 °С) 6 11/2012

Пайка титановых сплавов припоями на основе алюминия

Репозитарії

Схожі ресурси