Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля
Интерметаллидные сплавы на основе фаз Ni₃Al и NiAl принадлежат к новому классу перспективных литейных конструкционных материалов. Применение материалов на основе Ni₃Al позволяет повысить срок службы деталей в 3–4 раза, рабочие температуры газа перед трубиной — на 50...100 °С, снизить массу турбин и,...
Gespeichert in:
| Datum: | 2014 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2014
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102416 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, В.В. Мясоед, В.В. Воронов, П.В. Ковальчук // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 17-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-102416 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1024162016-06-12T03:04:16Z Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Мясоед, В.В. Воронов, В.В. Ковальчук, П.В. Научно-технический раздел Интерметаллидные сплавы на основе фаз Ni₃Al и NiAl принадлежат к новому классу перспективных литейных конструкционных материалов. Применение материалов на основе Ni₃Al позволяет повысить срок службы деталей в 3–4 раза, рабочие температуры газа перед трубиной — на 50...100 °С, снизить массу турбин и, как следствие, увеличить их удельную тягу и экономичность. Широкое применение сплавов на основе Ni₃Al в промышленности требует разработки технологических процессов получения неразъемных соединений, в том числе методом пайки, поскольку сплавы, содержащие большой процент γ´-фазы, относятся к классу трудно свариваемых из-за возможного образования трещин. В настоящее время для пайки жаропрочных высоколегированных никелевых сплавов применяют никелевые припои, содержащие в качестве депрессантов кремний и бор, которые приводят к образованию в соединениях хрупких фаз (силицидов, боридов), отрицательно влияющих на усталостную долговечность. Их устранение связано с длительными режимами термообработки или практически невозможно. В данной работе показана возможность применения эвтектического припоя на никелевой основе, не содержащего бор и кремний. Приведены результаты металлографических исследований и микрорентгеноспектрального анализа паяных соединений интерметаллидных сплавов на основе γ´-фазы (Ni₃Al). Показаны морфологические особенности структурообразования паяных швов, полученных с помощью высокотемпературной вакуумной пайки и припоев на базе системы Ni–Сr–Zr и Ni–Co–Cr–W–Mo–Al–Nb–B. Remove selected 2014 Article Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, В.В. Мясоед, В.В. Воронов, П.В. Ковальчук // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 17-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102416 621.791.3.04 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 Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Мясоед, В.В. Воронов, В.В. Ковальчук, П.В. Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля Автоматическая сварка |
| description |
Интерметаллидные сплавы на основе фаз Ni₃Al и NiAl принадлежат к новому классу перспективных литейных конструкционных материалов. Применение материалов на основе Ni₃Al позволяет повысить срок службы деталей в 3–4 раза, рабочие температуры газа перед трубиной — на 50...100 °С, снизить массу турбин и, как следствие, увеличить их удельную тягу и экономичность. Широкое применение сплавов на основе Ni₃Al в промышленности требует разработки технологических процессов получения неразъемных соединений, в том числе методом пайки, поскольку сплавы, содержащие большой процент γ´-фазы, относятся к классу трудно свариваемых из-за возможного образования трещин. В настоящее время для пайки жаропрочных высоколегированных никелевых сплавов применяют никелевые припои, содержащие в качестве депрессантов кремний и бор, которые приводят к образованию в соединениях хрупких фаз (силицидов, боридов), отрицательно влияющих на усталостную долговечность. Их устранение связано с длительными режимами термообработки или практически невозможно. В данной работе показана возможность применения эвтектического припоя на никелевой основе, не содержащего бор и кремний. Приведены результаты металлографических исследований и микрорентгеноспектрального анализа паяных соединений интерметаллидных сплавов на основе γ´-фазы (Ni₃Al). Показаны морфологические особенности структурообразования паяных швов, полученных с помощью высокотемпературной вакуумной пайки и припоев на базе системы Ni–Сr–Zr и Ni–Co–Cr–W–Mo–Al–Nb–B.
Remove selected |
| format |
Article |
| author |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Мясоед, В.В. Воронов, В.В. Ковальчук, П.В. |
| author_facet |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Мясоед, В.В. Воронов, В.В. Ковальчук, П.В. |
| author_sort |
Максимова, С.В. |
| title |
Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля |
| title_short |
Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля |
| title_full |
Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля |
| title_fullStr |
Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля |
| title_full_unstemmed |
Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля |
| title_sort |
микроструктура паяных соединений алюминидов никеля |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102416 |
| citation_txt |
Микроструктура паяных соединений алюминидов никеля / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, В.В. Мясоед, В.В. Воронов, П.В. Ковальчук // Автоматическая сварка. — 2014. — № 10 (736). — С. 17-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT maksimovasv mikrostrukturapaânyhsoedinenijalûminidovnikelâ AT horunovvf mikrostrukturapaânyhsoedinenijalûminidovnikelâ AT mâsoedvv mikrostrukturapaânyhsoedinenijalûminidovnikelâ AT voronovvv mikrostrukturapaânyhsoedinenijalûminidovnikelâ AT kovalʹčukpv mikrostrukturapaânyhsoedinenijalûminidovnikelâ |
| first_indexed |
2025-07-07T12:17:12Z |
| last_indexed |
2025-07-07T12:17:12Z |
| _version_ |
1836990472944353280 |
| fulltext |
1710/2014
УДК 621.791.3.04
МИКРОСТРУКТУРА ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
АЛЮМИНИДОВ НИКЕЛЯ
С. В. МАКСИМОВА, В. Ф. ХОРУНОВ, В. В. МЯСОЕД, В. В. ВОРОНОВ, П. В. КОВАЛЬЧУК
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Интерметаллидные сплавы на основе фаз Ni3Al и NiAl принадлежат к новому классу перспективных литейных кон-
струкционных материалов. Применение материалов на основе Ni3Al позволяет повысить срок службы деталей в 3–4
раза, рабочие температуры газа перед трубиной — на 50...100 °С, снизить массу турбин и, как следствие, увеличить их
удельную тягу и экономичность. Широкое применение сплавов на основе Ni3Al в промышленности требует разработ-
ки технологических процессов получения неразъемных соединений, в том числе методом пайки, поскольку сплавы,
содержащие большой процент γ´-фазы, относятся к классу трудно свариваемых из-за возможного образования трещин.
В настоящее время для пайки жаропрочных высоколегированных никелевых сплавов применяют никелевые припои,
содержащие в качестве депрессантов кремний и бор, которые приводят к образованию в соединениях хрупких фаз
(силицидов, боридов), отрицательно влияющих на усталостную долговечность. Их устранение связано с длительными
режимами термообработки или практически невозможно. В данной работе показана возможность применения эвтек-
тического припоя на никелевой основе, не содержащего бор и кремний. Приведены результаты металлографических
исследований и микрорентгеноспектрального анализа паяных соединений интерметаллидных сплавов на основе γ´-фазы
(Ni3Al). Показаны морфологические особенности структурообразования паяных швов, полученных с помощью высо-
котемпературной вакуумной пайки и припоев на базе системы Ni–Сr–Zr и Ni–Co–Cr–W–Mo–Al–Nb–B. Библиогр. 7,
табл. 3, рис. 15.
К л ю ч е в ы е с л о в а : интерметаллидные сплавы, алюминиды никеля, вакуумная пайка, припой, паяный шов, иссле-
дования на растекание, микроструктура, микрорентгеноспектральный анализ
Интерметаллидные сплавы на основе фаз Ni3Al и
NiAl принадлежат к новому классу перспективных
литейных конструкционных материалов, содержа-
щих большое количество γ´-фазы, и являются ре-
альной альтернативой металлическим материалам
высокотемпературного назначения. Интерметал-
лиды Ni3Al и NiAl характеризуются упорядоченной
кристаллической решеткой, что обеспечивает им
комплекс высоких физико-механических свойств:
повышенную стабильность при температурах до
1200…1300 °С, пониженную плотность (соответ-
ственно 7,3 и 5,9 г/см3), высокий модуль упругости и
сопротивление окислению. Это открывает широкие
перспективы их использования в высокотемператур-
ных условиях, позволяет уменьшить массу создава-
емых конструкций и увеличить их коэффициент
полезного действия [1–5]. Для расширения при-
менения сплавов на основе Ni3Al в промышлен-
ности необходима разработка технологических
процессов получения неразъемных соединений,
в том числе пайки, поскольку сплавы с высоким
содержанием γ´-фазы (92…95 %) относят к классу
трудно свариваемых из-за риска образования тре-
щин.
В настоящее время для пайки жаропрочных
высоколегированных никелевых сплавов при-
меняют никелевые припои (Ni–Cr–Si–B, Ni–Cr–
Co–B, Ni–W–Co–B, Ni–Cr–Al–B, Ni–Cr–Al–Si–B,
Ni–Si–B), в которых в качестве депрессантов вы-
ступают кремний и бор. Они приводят к образо-
ванию в соединениях хрупких фаз (силицидов и
боридов), устранение которых связано с длитель-
ным процессом термообработки или практически
невозможно. Присутствие боридов в паяных со-
единениях нежелательно вследствие их отрица-
тельного воздействия на усталостную долговеч-
ность. Примеры использования припоев систем
Ni–Cr–Fe–Si–B (MBF20) и Ni–Co–Ti–Zr приведе-
ны в работах [6, 7].
В данной работе рассматриваются микрострук-
турные особенности соединений интерметаллид-
ных сплавов на основе γ´-фазы (Ni3Al), выпол-
ненных высокотемпературной вакуумной пайкой
с использованием промышленного припоя ВПр27
(Ni–Co–Cr–W–Mo–Al–Nb–B) и опытного припоя
системы Ni–Cr–Zr.
Для проведения экспериментов были выплав-
лены интерметаллидные никелевые сплавы двух
составов (мас. %): Ni–14Al и Ni–14Al–5Mo–4Co–
2,5W, а также Ni–Cr–Zr припой. Выплавку осу-
ществляли электродуговым методом с обдувом
аргоном на холодной подложке, пятикратным пе-
реворачиванием и переплавом. Полученные слит-
ки имели каплевидную форму (рис. 1, а). При-
меняли также метод индукционного переплава с
формированием слитка в секционном охлажда-
© С. В. Максимова, В. Ф. Хорунов, В. В. Мясоед, В. В. Воронов, П. В. Ковальчук, 2014
18 10/2014
емом кристаллизаторе (рис. 1, б). В некоторых
случаях с помощью вакуума расплав металла вы-
тягивали в кварцевую трубку диаметром 4 мм. По-
лученные стержни длиной 10…15 мм и диаме-
тром 4 мм распускали на шайбы высотой 1,2 мм
и зачищали на наждачной бумаге. Такие пластины
использовали для экспериментов по растеканию
припоев и отработке технологического процесса
пайки.
Сборку образцов производили с помощью
контактной машины, затем паяли их в вакууме
1,33·10-4 Па с использованием радиационного на-
грева. Температуру нагрева контролировали дву-
мя термопарами: основной, находящейся в печи,
и дополнительной, расположенной рядом с образ-
цами (рис. 2).
Для определения контактного угла смачивания
проводили эксперименты по растеканию припо-
ев по нестандартной методике: навески припоев
в литом виде устанавливали на середину выплав-
ленных интерметаллидных сплавов, фиксировали
с помощью контактной сварки и загружали в печь.
Для статистики загружали по три образца с каж-
дым припоем за одну садку, устанавливали их в
печи на керамическую подставку рядом с термо-
парой и нагревали. Паяные соединения исследо-
вали с помощью оптической (Neophot-32) и ска-
нирующей электронной (Tescan MIRA 3 LMU)
микроскопии, микрорентгеноспектральные иссле-
дования проводили на энергодис персионном спек-
трометре «Oxford Instruments X-MAX 80» с про-
граммным пакетом INCA.
Результаты экспериментов показали, что при
Тп = 1200 °С, τ = 5 мин Ni–Cr–Zr припой хорошо
растекается по Ni–Al подложке, кристаллизация
растекшейся капли происходит с образованием
чистой поверхности (рис. 3, а). Данный припой
относится к эвтектическим сплавам, характери-
зуется узким интервалом кристаллизации (TS =
= 1175 °C, TL = 1200 °C), что положительно сказы-
вается на его способности к растеканию. Промыш-
ленный припой ВПр27 (TS = 1030 °C, TL = 1080 °C)
тоже хорошо смачивал поверхность Ni–Al–Mo–
Co–W интерметаллидного сплава (рис. 3, в).
Для определения контактного угла смачива-
ния, который является одним из главных факторов
при изучении растекания припоев, образцы после
расплавления припоя разрезали перпендикулярно
плоскости основного материала (пластине), из-
готавливали микрошлифы, замеряли контактный
угол, образованный поверхностью капли припоя
и основным металлом, и затем проводили метал-
лографические исследования и микрорентгено-
спектральный анализ. Полученные результаты
показали, что при использовании промышленно-
го припоя ВПр27 контактный угол составляет 12°
(рис. 4, а), а при применении опытного Ni–Cr–Zr
Рис. 1. Внешний вид опытных слитков, выплавленных с ис-
пользованием дугового (а) и индукционного (б) нагрева
Рис. 2. Внешний вид образцов, подготовленных для пайки
Рис. 3. Растекание при Тп = 1200 °С опытного Ni–Cr–Zr при-
поя по Ni–Al (τ = 5 мин) (а) и Ni–Al–Mo–Co–W (τ = 15мин)
подложке (б) и промышленного припоя ВПр27 по Ni–Al–Mo–
Co–W подложке (τ = 15 мин) (в)
Рис. 4. Микроструктура расплавленного ВПр27 (а) и Ni–Cr–
Zr (б) припоя на интерметаллидной подложке
1910/2014
припоя он уменьшается до 6° (рис. 4, б), что под-
тверждает его лучшую способность к растеканию.
Микрорентгеноспектральный анализ выявил
на границе раздела между припоем ВПр27 и ин-
терметаллидным сплавом эрозию основного ме-
талла и зональную ликвацию с образованием
двух зон, отличающихся по химическому составу
(рис. 5, табл. 1). Было установлено также обога-
щение металла припоя, прилегающего к основно-
му металлу, вольфрамом (до 14,19 %) и молибде-
ном (4,59 %). Наблюдалась диффузия алюминия
из основного металла в расплавленный припой, в
результате чего его концентрация в зоне, прилега-
ющей к основному металлу, составляла 3,97 %, а
в верхней (наружной) зоне припоя она увеличива-
лась до 5,16 %. Концентрация остальных элемен-
тов отличалась незначительно (см. табл. 1).
С целью снижения эрозии основного метал-
ла пайку алиминидов никеля в состоянии после
литья припоем ВПр27 в виде порошка проводи-
ли при более низкой температуре (1170 °С) в те-
чение 3 мин. Паяные соединения бинарного Ni–
Al сплава формировались с полными галтелями,
в которых наблюдались ликвационные процессы
(рис. 6). Структура галтельных участков суще-
ственно отличалась от структуры паяных швов
как морфологическим строением, так и химиче-
ским составом. На фоне матрицы твердого раство-
ра на основе никеля выделяются сложные интер-
металлидные фазы, обогащенные вольфрамом (до
56) , молибденом (до 9), кобальтом (до 5) и нике-
лем (до 14 мас. %), которые кристаллизуются пре-
имущественно в зоне, прилегающей к основному
металлу. Встречаются к тому же единичные вклю-
чения Сr–30Ni–8W–4Mo–5Co (мас. %).
Паяные швы также характеризуются химиче-
ской неоднородностью. Наблюдаются участки,
в которых по центру шва формируется фаза Cr–
14Ni–19W–8Mo–6Co–0,7Nb (мас. %). В некото-
рых участках она выделяется в виде отдельных
светлых зерен. Встречаются также единичные
поры (рис. 7). Серая матрица шва, т. е. зона, при-
легающая к паяемому материалу, является твер-
дым раствором на основе никеля, содержащим
около 7 мас. % Al и другие элементы в незначи-
тельном количестве. В околошовной зоне основ-
ного металла на основе никеля микрорентгено-
спектральный анализ показал кроме 13 мас. % Al
присутствие незначительного количества легиру-
ющих элементов припоя, мас. %: 0,24 Mo; 0,40 W;
0,24 Nb. Термическая обработки при 1050˚С в те-
чение 30 мин не влияла на структуру паяных сое-
динений, количество составляющих фаз и их раз-
мер оставались без изменений (см. рис. 6, б).
Рис. 5. Микроструктура и зональная ликвация в исследуемых
участках при растекании припоя ВПр27 по Ni–Al–Mo–Co–W
подложке
Т а б л и ц а 1 . Распределение элементов в исследуемых
участках при растекании промышленного припоя ВПр27
по Ni–Al–Mo–Co–W сплаву
Номер
спектра
(см. рис.
5)
Состав, мас. %
Al Cr Fe Co Ni Nb Mo W
2 10,03 - - 4,85 76,42 - 6,11 2,59
3 4,17 5,24 0,26 8,04 66,99 1,25 3,32 10,73
4 3,97 5,12 0,31 7,52 63,37 0,93 4,59 14,19
5 5,16 5,48 0,18 8,53 74,07 1,03 1,97 3,57
Рис. 6. Соединения Ni–Al сплава, выполненные припоем
ВПр27, в состоянии после пайки (а) и термообработки при
1050 °С в течение 30 мин (б)
20 10/2014
Пайка на том же режиме сплава Ni–Al–Mo–
Co–W, легированного тугоплавкими элементами,
отличалась иным формированием структуры как
в галтельных участках, так и в швах (рис. 8). Судя
по результатам рентгеноспектрального микроана-
лиза, матрицей шва является твердый раствор на
основе Ni, легированный Al (7 %), Cr (5 %), Co
(8 %), Mo (1 %), W (2 %). В виде дисперсных иг-
лоподобных частиц выделяется фаза сложного со-
става на основе W, обогащенная Mo (22 %), Ni (27
%), Cr (6 %). Массовая доля алюминия в этих ча-
стицах снижается до 0,4 %. По морфологическо-
му строению эту фазу можно отнести к интерме-
таллидному соединению на основе тугоплавких
элементов из-за присущих им характерных пра-
вильных геометрических форм (рис. 8). В галтель-
ном участке эта фаза занимает довольно малый
процент площади (~1 %) по сравнению со швом.
Основной структурной составляющей является
твердый раствор на основе Ni (76 %), содержа-
щий такие упрочняющие легирующие элементы,
как Cr (6 %), Co (8 %), Al (4 %), и незначительную
массовую долю (по ~1,5 %) остальных элементов
— Nb, Mo и W.
Проведенные исследования показали, что на
морфологическое строение паяных соединений
оказывают влияние не только температурно-вре-
менные параметры технологического процесса
пайки, но и химический состав паяемого матери-
ала. Так, при использовании легированного спла-
ва Ni–14Al–5Mo–4Co–2,5W в качестве основного
металла наблюдаются выделения фазы, обогащен-
ной вольфрамом, в виде дисперсных игловидных
частиц шириной 1,5...2,0 мкм как в галтельном
участке, так и в паяном шве (см. рис. 8). При пай-
ке бинарного Ni–14Al сплава фаза, обогащенная
Т а б л и ц а 2 . Распределение элементов в исследуемых
участках паяного соединения Ni–Al сплава при примене-
нии Ni–Cr–Zr припоя
Номер
спектра
(см. рис. 9)
Состав, мас. %
Al Cr Ni Zr
2 11,67 - 88,33 -
3 8,45 0,54 91,01 -
4 0,40 4,97 82,31 12,32
5 0,37 3,23 80,06 16,34
6 0,45 8,49 90,37 0,69
7 0,11 0,85 74,11 24,93
8 - 1,18 19,47 79,34
Рис. 7. Микроструктура паяного шва на алюминиде никеля,
выполненного припоем ВПр27
Рис. 8. Структура соединения Ni–Al–Mo–Co–W сплава, вы-
полненного припоем ВПр27 при Тп = 1170 °С, τ = 3 мин: а —
галтельный участок; б — паяный шов
Рис. 9. Микроструктура межфазной границы Ni–Al сплав/
Ni–Cr–Zr припой
2110/2014
вольфрамом, выделяется в виде довольно круп-
ных включений. В галтельном участке их размер
составляет около 40 мкм, в шве — около 18 мкм.
Кроме того, микроструктура расплавленного
припоя на интерметаллидной подложке отлича-
ется от микроструктуры паяного шва. Это можно
объяснить влиянием на протекание диффузион-
ных процессов при нагреве геометрических па-
раметров (капиллярных зазоров, длины границы
раздела основной металл–припой), а также коли-
чества припоя. При растекании Ni–Cr–Zr припоя
по подложке бинарного Ni–Al сплава зональная
кристаллизация отсутствует (см. рис. 4, б; рис. 9).
Расплавленный припой кристаллизуется в виде
эвтектического сплава, образованного первичны-
ми зернами твердого раствора на основе никеля
и интерметаллидом, содержащим до 25 % Zr (см.
рис. 9; табл. 2). Наблюдается незначительное ко-
личество единичных дисперсных выделений фазы
на основе циркония (79,34 %). Алюминий в рас-
плавленный припой практически не диффундиру-
ет, что подтверждают результаты микрорентгено-
спектральных исследований.
Вакуумную пайку стыковых соединений при-
поем Ni–Cr–Zr проводили при 1210 °С с выдерж-
кой 3 мин. Температурный режим пайки записы-
вали в виде термограммы (рис. 10). При пайке
Ni–Al сплава и легированного Ni–Al–Mo–Co–W
сплава припой системы Ni–Cr–Zr расплавляется,
смачивает паяемый материал, затекает в капил-
лярный зазор и на обратную сторону образца с об-
разованием полных плотных галтелей (рис. 11),
что является подтверждением хорошей жидкоте-
кучести эвтектического припоя.
После пайки опытные образцы разрезали на
пластины для дальнейших исследований. Метал-
лографические исследования паяных соединений
интерметаллидного сплава Ni–14Al показали, что
Ni–Cr–Zr припой формирует плотные швы пе-
ременной ширины от 30 до 50 мкм. В централь-
ной зоне шва в виде нитевидной полосы шири-
ной 5 мкм кристаллизуется эвтектическая фаза
на основе никеля, обогащенная цирконием до
Рис. 10. Термограмма при пайке Ni–Cr–Zr припоем
(Тп = 1170 °С, τ = 3 мин): 1 — термопара в камере; 2 — на
образце
Т а б л и ц а 3 . Распределение элементов в исследуемых
участках паяного соединения Ni–Al сплава, выполненно-
го Ni–Cr–Zr припоем
Номер
спектра
(см.
рис. 13)
Состав, мас. %
Al Cr Co Ni Zr Mo W
2 8,57 - 4,76 78,13 - 5,52 3,02
3 4,61 3,05 3,10 83,10 - 3,39 2,75
4 0,47 4,45 0,11 79,72 14,60 - 0,64
5 0,34 2,22 0,16 76,30 20,98 - -
6 0,42 4,58 0,41 78,50 15,26 - 0,83
7 0,46 4,33 0,19 79,34 14,93 - 0,75
Рис. 11. Макрошлиф стыкового соединения Ni–Al сплава, вы-
полненного Ni–Cr–Zr припоем
Рис. 12. Микроструктура паяного шва на Ni–Al сплаве, вы-
полненного Ni–Cr–Zr припоем (а), и зона общих зерен основ-
ного металла (б)
22 10/2014
7 мас. % (рис. 12, а). На границе соединения на-
блюдается зона общих зерен основного металла,
в которой шов в классическом понимании отсут-
ствует (рис. 12, б). Следует отметить, что кон-
центрация циркония в темной части шва не пре-
вышает 0,49 мас. %, а концентрация алюминия
достигает 7 мас. %, что свидетельствует о проте-
кании диффузионных процессов на межфазной
границе. Микрорентгеноспектральным анализом
определено, что эвтектика образована твердым
раствором на основе никеля и интерметаллидной
фазой, обогащенной цирконием до 21 % (табл. 3,
рис. 13).
После термической обработки паяных соеди-
нений при 1150 °С в течение 30 мин ширина шва
составляла 32 мкм. Состав интерметаллидной
фазы, которая кристаллизуется по центру шва, не-
сколько изменяется: на фоне светлой фазы интер-
металлида циркония, содержащего 20–23 мас. %
Zr, формируется вторая фаза в виде глобулей тем-
ного цвета размером около 1,5 мкм, которая со-
держит 13–15 мас. % Zr. Выделения темной фазы
(твердого раствора) в некоторых участках шва но-
сят непрерывный характер, их состав соответству-
ет соединению 87,66Ni–6,76Al–4,59Cr–0,99Zr.
Зона шва, прилегающая непосредственно к ос-
новному металлу, содержит около (мас. %) 1Zr,
6…7Al, 4Cr. После 30-минутной выдержки при
1150 °С за счет диффузионных процессов между
паяемым материалом и металлом шва в послед-
нем увеличивается концентрация хрома и цир-
кония примерно на 1 мас. %. В швах сохраняет-
ся эвтектическая структура (рис. 14). Увеличение
времени выдержки до 60 мин не оказало влияния
на структуру швов: в центральной части кристал-
лизуется эвтектика, обогащенная цирконием; кон-
Рис. 13. Участки локального микроанализа после пайки Ni–
Al сплава Ni–Cr–Zr припоем
Рис. 14. Эвтектическая структура паяного шва (Ni–Al сплав,
Ni–Cr–Zr припой) после термообработки при 1150 °С в тече-
ние 30 мин
Рис. 15. Микроструктура (а) и распределение циркония (б),
алюминия (в), никеля (г) в паяном шве (Ni–Al сплав, Ni–Cr–
Zr припой)
2310/2014
центрация алюминия снижается незначительно,
никеля — не изменяется (рис. 15).
На основе проведенных исследований был сде-
лан вывод, что эвтектические припои системы Ni–
Cr–Zr хорошо растекаются по алюминиду нике-
ля (контактный угол смачивания составляет 6°),
затекают в вертикальные капиллярные зазоры и
формируют плотные швы с эвтектической струк-
турой. По длине образца встречаются довольно
однородные участки шва, в которых наблюдаются
сросшиеся зерна основного металла.
Металлографические исследования являются
промежуточным этапом при разработке припоев.
Работы следующего этапа будут включать опреде-
ление механических свойств паяных соединений.
1. Гринберг Б. А., Иванов М. А. Интерметаллиды Ni3Al: ми-
кроструктура, деформационное поведение. – Екатерин-
бург, 2002. – 360 с.
2. Поварова К. Б., Казанская Н. К., Бунтушкин В. П. и др.
Термостабильность структуры сплава на основе Ni3Al и
его применение в рабочих лопатках малоразмерных ГТД
// Металлы. – 2003. – № 3. – С. 95–100.
3. Бунтушкин В. П., Каблов Е. Н., Базылева О. А. и др.
Сплавы на основе алюминидов никеля // МиТОМ. –
1999. – № 1. – С. 32–34.
4. Бунтушкин В. П., Бронфин М. Б., Базылева О. А. и др.
Влияние легирования и структуры отливок на жаропроч-
ность интерметаллида Ni3Al при высокой температуре //
Металлы. – 2004. – № 2. – С. 107–110.
5. Каблов Е. Н., Бунтушкин В. П., Поварова К. Б. и др. Ма-
лолегированные легкие жаропрочные высокотемпера-
турные материалы на основе интерметаллида Ni3Al //
Там же. – 1999. – № 1. – С. 58–65.
6. Хорунов В. Ф., Перевезенцев Б. Н., Убирайло О. Г. Изуче-
ние структуры и химической неоднородности соедине-
ний интерметаллидного сплава Ni3Al // Сб. докл. между-
нар. науч.-техн. конф. «Пайка–2013». – Тольятти: Изд-во
ТГУ, 2013. – С. 255–264.
7. Хорунов В. Ф., Максимова С. В. Перспективные системы
припоев для пайки жаропрочных сплавов на основе ни-
келя и титана. Физико-технические проблемы современ-
ного материаловедения. В 2-х т. – Киев: Академпериоди-
ка, 2013. – Т. 1. – С. 105–134.
Поступила в редакцию 12.03.2014
Международная конференция
«СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ.
ВОПРОСЫ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ,
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ»
в рамках выставки по судоходству, судостроению
и развитию портов «ОДЕССА-2014»
21–23 октября 2014 г. Одесса, Морской вокзал
На конференции будут работать секции по
тематике сварка в судостроении и судо-
ремонте, подводная сварка, технологии и
сварочное оборудование для эксплуатации
контейнеров и портовых сооружений.
Основными задачами выставочных меро-
приятий является стимулирование отечествен-
ного судостроения и судоремонта, укрепление
инвестиционного климата отрасли, обсужде-
ние путей консолидации государственных,
технологических и инвестиционных ресурсов,
а также развитие и модернизация портов и ги-
дротехнических сооружений.
Контакты: ЧП «РИА «МедиаКомпас Украина», 65026, Одесса, ул. Жуковского, 15.
Тел./факс: +38(0482) 355-999. E-mail: conference@mediacompass.com.ua
|