Способы получения и применение быстрозакаленных припоев

Рассмотрены способы получения быстрозакаленных припоев в виде проволоки диаметром от 0,3 до 6 мм из труднодеформируемых материалов в пластическом состоянии. Композиции припоев на основе Cu–P, Cu–P–Sn, Cu–Zn–P–Ni и других в результате закалки приобретают структуру квазиэвтектики, содержащую пересыщен...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автори:	Пашков, И.Н., Ильина, И.И., Родин, И.В., Шокин, С.В., Таволжанский, С.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2008
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Производственный раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99943
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:	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев / И.Н. Пашков, И.И. Ильина, И.В. Родин, С.В. Шокин, С.А. Таволжанский // Автоматическая сварка. — 2008. — № 6 (662). — С. 43-47. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99943
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-999432016-05-15T03:02:41Z Способы получения и применение быстрозакаленных припоев Пашков, И.Н. Ильина, И.И. Родин, И.В. Шокин, С.В. Таволжанский, С.А. Производственный раздел Рассмотрены способы получения быстрозакаленных припоев в виде проволоки диаметром от 0,3 до 6 мм из труднодеформируемых материалов в пластическом состоянии. Композиции припоев на основе Cu–P, Cu–P–Sn, Cu–Zn–P–Ni и других в результате закалки приобретают структуру квазиэвтектики, содержащую пересыщенный твердый раствор с распределенными фазами фосфида меди. Приведены примеры применения быстрозакаленных припоев. Methods of manufacturing rapidly quenched braze alloys in the form of 0.3Д6.0 mm diameter wire from hard-to-deform materials in the plastic state are considered. Composition of braze alloys on Cu-P, Cu-P-Sn, Cu-Zn-P-Ni base and other systems develop the quasi-eutectic structure containing supersaturated solid solution with distributed phases of copper phosphide as a result of quenching. Examples of application of rapidly quenched braze alloys are given. 2008 Article Способы получения и применение быстрозакаленных припоев / И.Н. Пашков, И.И. Ильина, И.В. Родин, С.В. Шокин, С.А. Таволжанский // Автоматическая сварка. — 2008. — № 6 (662). — С. 43-47. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99943 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	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Пашков, И.Н. Ильина, И.И. Родин, И.В. Шокин, С.В. Таволжанский, С.А. Способы получения и применение быстрозакаленных припоев Автоматическая сварка
description	Рассмотрены способы получения быстрозакаленных припоев в виде проволоки диаметром от 0,3 до 6 мм из труднодеформируемых материалов в пластическом состоянии. Композиции припоев на основе Cu–P, Cu–P–Sn, Cu–Zn–P–Ni и других в результате закалки приобретают структуру квазиэвтектики, содержащую пересыщенный твердый раствор с распределенными фазами фосфида меди. Приведены примеры применения быстрозакаленных припоев.
format	Article
author	Пашков, И.Н. Ильина, И.И. Родин, И.В. Шокин, С.В. Таволжанский, С.А.
author_facet	Пашков, И.Н. Ильина, И.И. Родин, И.В. Шокин, С.В. Таволжанский, С.А.
author_sort	Пашков, И.Н.
title	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев
title_short	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев
title_full	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев
title_fullStr	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев
title_full_unstemmed	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев
title_sort	способы получения и применение быстрозакаленных припоев
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99943
citation_txt	Способы получения и применение быстрозакаленных припоев / И.Н. Пашков, И.И. Ильина, И.В. Родин, С.В. Шокин, С.А. Таволжанский // Автоматическая сварка. — 2008. — № 6 (662). — С. 43-47. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT paškovin sposobypolučeniâiprimeneniebystrozakalennyhpripoev AT ilʹinaii sposobypolučeniâiprimeneniebystrozakalennyhpripoev AT rodiniv sposobypolučeniâiprimeneniebystrozakalennyhpripoev AT šokinsv sposobypolučeniâiprimeneniebystrozakalennyhpripoev AT tavolžanskijsa sposobypolučeniâiprimeneniebystrozakalennyhpripoev
first_indexed	2025-07-07T10:09:07Z
last_indexed	2025-07-07T10:09:07Z
_version_	1836982414892597248
fulltext	УДК 621.791.3.04 СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ БЫСТРОЗАКАЛЕННЫХ ПРИПОЕВ И. Н. ПАШКОВ, д-р техн. наук, И. И. ИЛЬИНА, И. В. РОДИН, С. В. ШОКИН, С. А. ТАВОЛЖАНСКИЙ, кандидаты техн. наук (ЗАО «АЛАРМ», г. Москва, РФ ) Рассмотрены способы получения быстрозакаленных припоев в виде проволоки диаметром от 0,3 до 6 мм из труд- нодеформируемых материалов в пластическом состоянии. Композиции припоев на основе Cu–P, Cu–P–Sn, Cu–Zn–P–Ni и других в результате закалки приобретают структуру квазиэвтектики, содержащую пересыщенный твердый раствор с распределенными фазами фосфида меди. Приведены примеры применения быстрозакаленных припоев. К л ю ч е в ы е с л о в а : пайка, быстрозакаленные припои, проволока, лента, микроструктура, способы получения, при- менение Процессы получения припоев методом закалки из расплава, с одной стороны, позволяют достигать высоких скоростей охлаждения, что приводит к кардинальному изменению структуры и свойств получаемого материала, с другой — получать про- дукцию в таком виде (например, волокна, чешуй- ки, иглы, фольги) и форме, которые трудно дос- тижимы традиционными методами. В наиболь- шей мере приведенные преимущества проявля- ются в случае получения металлов и сплавов, хрупких по своей природе и труднообрабатыва- емых давлением. Кроме того, при обеспечении постоянства подачи расплава процесс получения материалов из расплава легко автоматизировать и сделать непрерывным или полунепрерывным. Наиболее интересны с точки зрения получения длинномерных заготовок, полуфабрикатов и из- делий литье способом жидкой прокатки, непре- рывное литье и литье намораживанием. Затвердевание расплавленного металла со свер- хвысокими (более 105 К/с) скоростями охлаждения позволяет с достаточно высокой производитель- ностью получать практически всю гамму аморфных и микрокристаллических материалов, что уже дли- тельное время используется в зарубежной и оте- чественной практике. Технология быстрого затвер- девания расплава на вращающемся диске-крис- таллизаторе позволяет получать калиброванные АМС-припои в виде тонкой пластичной ленты тол- щиной 20…100 мкм и шириной 2…50 мм [1]. Про- изводителем таких припоев в России является МИФИ-АМЕТО. Преимуществами данного способа являются высокая химическая активность, чистота и одно- родность припоя, что предопределяет его высокие технологические свойства при пайке, возмож- ность точной дозировки припоя и разнообразие его составов, получение которых исключено дру- гими способами, обеспечение высокого качества паяного соединения и его высокого качества и др. Недостатки способа заключаются в трудоемкости выполнения технологии и высокой цене продукции, необходимости в очень точных и фиксированных зазорах при сборке паяных соединений (оптимально 0,025…0,050 мм), значительном ограничении в вы- боре способов и оборудования для пайки. Исполь- зование АМС-припоев обусловливает повышенные требования к механической обработке паяемых де- талей. Затруднено их применение в массовом про- изводстве паяных конструкций, когда, например, соединяются пайкой концы прессованных трубок в состоянии поставки. Так, в производстве тепло- обменников, бытовых и промышленных холодиль- ников, радиаторов и др. при сборке величина зазора может колебаться в широких пределах (от близкого к нулю до 0,7 мм), что обусловлено большими до- пусками по диаметру трубок. Для решения задач по обеспечению потреби- телей более металлоемкой продукцией, например, проволокой (диаметром от 0,3 до 3 мм) из хруп- ких припоев, был рассмотрен процесс закалки припоя из расплава при одностороннем отводе тепла [2–4]. В ЗАО «АЛАРМ» (г. Москва) получил раз- витие способ экстракции расплава, который зак- лючается в извлечении вращающимся кристалли- затором из ванны расплава заготовки, затверде- вающей на его поверхности, отделении ее с по- верхности диска-кристаллизатора и смотке на спе- циальном устройстве в виде бухты. Таким спо- собом можно получать проволоку или ее отрезки некруглого сечения (в виде зернышка боба) с переменным диаметром 0,3…3,0 мм. Для получения прутков с определенным диа- метром (от 3 до 6 мм) был применен способ ро- торной разливки расплава в желоб вращающегося кристаллизатора. Увеличение времени охлажде- ния затвердевшего материала на поверхности © И. Н. Пашков, И. И. Ильина, И. В. Родин, С. В. Шокин, С. А. Таволжанский, 2008 6/2008 43 кристаллизатора одновременно с фиксацией его в желобе с помощью обкатной ленты позволило за одну технологическую операцию получить за- готовку медно-фосфорных припоев трапециевид- ного сечения. Для получения мерной продукции сразу после ее отделения с поверхности кристал- лизатора осуществляется рубка с помощью лету- чих ножниц. Во избежание разрушения про- дукции и нарушения ее непрерывности главной задачей было достижение определенной темпе- ратуры продукции в момент ее отделения с по- верхности диска-кристаллизатора. Данная задача решалась, с одной стороны, выбором оптимальной конструкции кристаллизатора, с другой — путем увеличения времени нахождения охлаждаемой проволоки на его поверхности. Скорость охлаж- дения является достаточной для формирования мелкозернистой структуры. Прутки медно-фос- форных припоев крупного сечения могут быть успешно применены вместо литых в уголок прут- ков, обычно получаемых на предприятиях из слит- ков фосфористой меди, которые трудно обес- печить достаточно прочными при диаметре менее 10 мм. Высокая производительность способа и его внешняя простота, не требующая сложного аппаратурного оформления, сделали его потенци- ально перспективным для массового получения проволоки (прутков) труднодеформируемых ма- териалов в пластичном состоянии [3]. На рис. 1 приведена схема затвердевания расплава на крис- таллизаторе. Использование высоких скоростей охлаждения позволяет получить высокую химическую и мик- роструктурную однородность в результате равно- мерного распределения фаз в структуре матери- ала. При этом хрупкие фазы (фосфиды, интер- металлиды) находятся в мелкодисперсном состо- янии, что обусловливает повышенную пластич- ность получаемой продукции и возможность даль- нейшей ее обработки для придания необходимой формы, например, круглой проволоки с калиб- рованными геометрическими размерами. При пайке такими припоями образуется однородная микроструктура соединения без пор и раковин, что в свою очередь способствует улучшению ка- чества паяного соединения. По сравнению с традиционными способами об- работки материалов давлением, быстрая закалка из расплава менее чувствительна к составу сплава, что позволяет получать довольно широкий спектр композиций припоев заданной геометрии. Исследованы процессы получения проволоки из сплавов медь–фосфор, медь–фосфор–олово, медь–цинк–фосфор–никель на основе системы медь–фосфор и сплавов медь–цинк–олово, медь– цинк–марганец на основе системы медь–цинк. Ис- следования на микроанализаторе электронного микроскопа «Jeol 6400» показали, что в результате высоких скоростей охлаждения достигается ме- тастабильное состояние структуры с размером зерна менее 10 мкм. Металлографический анализ припоя П14 указывает на то, что структура пред- ставляет собой квазиэвтектику и состоит из пе- ресыщенного твердого раствора с распределен- ными фазами фосфида меди (рис. 2). Благодаря мелкодисперсному состоянию фос- фидов и равномерному характеру их распреде- ления проволока и лента припоев на основе этой системы имеют повышенные пластические свойс- тва, например, проволока припоя П14 выдержи- вает гиб с перегибом на 180° несколько раз. Перспективными материалами с точки зрения замены серебряных припоев в процессах пайки сталей и сталей с медью являются припои П21 Рис. 1. Схема затвердевания расплава на кристаллиза- торе: а — экстракция расплава снизу; б — литье на боковую поверхность кристаллизатора; в — роторная разливка в желоб 44 6/2008 на основе системы медь-цинк-олово и припой П47 на основе системы медь–цинк–марганец. Указан- ные сплавы, вследствие наличия в них легирую- щих элементов, относятся к многофазным лату- ням. В литом состоянии они отличаются низкой пластичностью и трудно поддаются обработке давлением. Интерес к этим припоям обусловлен их относительно низкими температурами плавле- ния, а следовательно, и пайки по сравнению с обычно используемыми латунями. Это важно при пайке сталей с медными сплавами, сталей, где нежелателен нагрев выше 900°С, а также при из- готовлении твердосплавного инструмента. Быстрая закалка из расплава позволила полу- чить эти материалы в виде проволоки и ленты с повышенной пластичностью в результате об- разования метастабильной структуры [5]. Как вид- но из рис. 3 и данных рентгеноструктурного ана- лиза, припой П21, полученный высокоскорост- ным затвердеванием расплава, имеет однофазную структуру β-латуни в отличие от трехфазной в литом состоянии. Припой П21 имеет сложный состав из более чем пяти компонентов. Его основой является сплав медь–цинк–олово, который в литом состо- янии имеет структуру, состоящую из трех фаз: α-, β- и γ-латуней. Основной вклад в придании хрупких свойств сплаву вносит наличие γ-латуни. После горячего прессования указанного припоя в процессе получения прутков диаметром 3 мм в результате термического воздействия при тем- пературах около 600 °С и деформации материала удается получить двухфазную латунь, в которой, однако, остается присутствие хрупкой γ-фазы. Вы- сокоскоростное затвердевание расплава (ВЗР) позволило зафиксировать область, в которой дан- ный сплав имеет однофазную структуру β-латуни, что и определило более высокие пластические свойства припоя по сравнению с горячепрессо- ванным и литым состоянием. Как уже отмечалось ранее, быстрая закалка приводит к образованию неравновесной структу- ры с пересыщенными твердыми растворами, при этом структура отличается анизотропией роста кристаллов из-за одностороннего охлаждения в процессе получения припоя методом ВЗР. Плас- тифицирование проволоки припоя в этом случае возможно путем использования гомогенизирую- щих отжигов, которые приводят к перераспреде- лению элементов без заметного роста зерна. Преимущество быстрой закалки для данного типа сплавов заключается в том, что проволока или лента заданных размеров получается за одну технологическую операцию. При этом для быс- Рис. 2. Микроструктура припоя П14 (медь–фосфор–олово) в литом состоянии, 200 (а) и после закалки на диске- кристаллизаторе, 400 (б) Рис. 3. Микроструктура припоя П21 на основе системы медь–цинк–олово в литом состоянии, 200 (а); горячепрессованном, 800 (б) и после высокоскоростного затвердевания расплава, 800 (в) 6/2008 45 трой закалки характерно то, что поверхность про- дукции отличается низким содержанием оксид- ных пленок, а это в дальнейшем позитивно влияет на процессы пайки, особенно при предваритель- ном внесении припоя в зону образования шва. Продукцию, полученную методом ВЗР и от- личающуюся специфичностью формы сечения, можно считать полуфабрикатом для производства калиброванной проволоки круглого сечения, а также проволоки, имеющей продольный паз по длине для заполнения флюсом или пастой на его основе. При этом деформацию проволоки можно проводить традиционными способами обработки сплавов давлением, как, например, волочением или фасонной прокаткой. Комплекс проведенных в ЗАО «АЛАРМ» ис- следований позволил создать базовые прогрессив- ные технологии (совмещающие метод ВЗР, неп- рерывное и полупрерывное литье, волочение при необходимости совместно с флюсованием) и обо- рудование для производства прутков, лент, про- волочных полуфабрикатов некруглого сечения, круглой калиброванной проволоки ( с флюсом и без флюса) широкого сортамента. Проволока пос- тавляется диаметром 0,3…3,0 мм; прутки с при- веденным диаметром 1,6…6,0 мм и лента толщи- ной 0,4…1,0 мм и шириной 10…40 мм. Разнообразие марок и широкая гамма сорта- мента припойной продукции позволили значи- тельно расширить возможности использования труднодеформируемых припоев в различных об- ластях промышленности и при разных способах пайки. Возможность изготовления длинномерной пластичной продукции, в том числе и малых се- чений, позволяет получать закладные элементы для автоматических и механизированных спосо- бов пайки, что значительно снижает неоправдан- ное использование дефицитных серебряных при- поев. Уникальные возможности метода ВЗР позво- лили скорректировать состав припоя ПМФОЦр 6-4-0,03 системы Cu–P–Sn, легированный для обеспечения процесса горячего прессования и лучшей проработки структуры малыми добавками циркония [6]. Как показало исследование, микроструктура припоев ПМФОЦр 6-4-0,03 и П14, полученных ме- тодом ВЗР, не различается. Она представляет собой квазиэвтектику и состоит из пересыщенного твер- дого раствора фосфора в меди с равномерно рас- пределенными в нем дисперсными частицами фос- фида меди (рис. 4). Такая структура обусловливает повышенную пластичность получаемой продукции и возможность дальнейшей ее обработки для при- дания необходимой формы, в том числе для зак- ладных элементов. Проволока и лента припоев П14 и ПМФОЦр6-4-0,03 выдерживают гиб с перегибом на 180° несколько раз, в несколько раз увеличи- ваются значения δ при растяжении проволок, по- лученных методом ВЗР по сравнению с показате- лями прессованных прутков. Значение σв для припоя П14 (МФ06-4) в быс- трозакаленном состоянии соответствует 670, а для прессованного припоя ПМФОЦр6-4-0,03 — 460 МПа, а значение δ — соответственно 7,0 и 1,7 %. Рис. 4. Микроструктура припоев ПМФОЦр6-4-0,03 и П14 после ВЗР, 500 Рис. 5. Микроструктура паяного соединения меди с медью ( 500): прессованным прутком ПМФОЦр6-4-0,03 (медь–шов) (а) и быстрозакаленным припоем П14 (медь–шов–медь) (б) 46 6/2008 Высокая химическая и структурная однород- ность, дисперсность структуры, низкое содержа- ние оксидных пленок на поверхности припоев, изготовленных методом ВЗР, способствуют по- лучению однородной и мелкозернистой структу- ры паяного шва с меньшим количеством пор, ра- ковин и других дефектов, что положительно ска- зывается на механических характеристиках сое- динений. Более низкое качество поверхности литых и прессованных прутков вызывает загрязнение ме- талла паяного шва шлаками и приводит к обра- зованию пористости, а более грубая структура прессованных прутков — получение более грубой структуры металла шва (рис. 5, а) по сравнению со структурой, получаемой с помощью припоя, изготовленного методом ВЗР (рис. 5, б). Таким образом, как показал металлографический анализ, микроструктура паяного шва, ее дисперсность оп- ределяются при равных условиях пайки плот- ностью, чистотой поверхности, дисперсностью структуры припоя в состоянии поставки и не за- висят от наличия в его составе циркония. Полу- ченные нами данные хорошо согласуются с из- вестными результатами исследований положи- тельного влияния аморфной и микрокристалли- ческой структуры припоев разных систем на структуру и свойства паяных соединений [1, 7]. Быстрозакаленные припои вместо серебряных припоев ПСр45, ПСр40, ПСр29,5, ПСр15, ПСрФ5- 5 применяют в производстве бытовых холодиль- ников (медные и стальные трубопроводы хо- ло- дильных агрегатов), теплообменной аппаратуры, инструмента, приборостроении (в том числе со- единения из латуни и сочетании латуни со сталью (припой П81)), энергетическом маши- ностроении, электротехнической промышлен- ности и т. д. 1. Аморфные ленточные припои для высокотемпературной пайки. Опыт разработки технологии производства и при- менения / Б. А. Калин, В. Т. Федотов, О. Н. Севрюков и др. // Свароч. пр-во. — 1996. — № 1. — С. 15–19. 2. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов: Сб. науч. тр. / Под ред. Г. Германа. — М.: Металлургия, 1986. — 375 с. 3. Научные предпосылки и практика производства метаста- бильных материалов / В. А. Васильев, А. А. Лозован, И. Н. Пашков и др. — М.: РГТУ им. К. Э. Циолковского, 2002. — 204 с. 4. Высокоскоростное затвердевание расплава / В. А. Ва- сильев, Б. С. Митин, И. Н. Пашков и др. — М.: СП «Ин- термет Инжиниринг», 1998. — 395 с. 5. Быстрозакаленные проволока и лента бессеребряных припоев: новые аспекты производства и применения. Роль процессов пайки в создании новой техники. Ч. 2 / И. Н. Пашков, И. И. Ильина, С. В. Шокин и др. — М.: ЦРДЗ, 1996. — С. 46–57. 6. Влияние микролегирования цирконием системы медь– фосфор–олово и технологии производства на структуру и свойства припоев ПМФОЦр6-4-0,03 и П14, а также паяных ими соединений / И. Н. Пашков, И. И. Ильина, С. В. Шокин, И. В. Родин // Пайка, современные техно- логии, материалы, конструкции, опыт эксплуатации пая- ных конструкций: Материалы конф. — М.: ЦРДЗ, 2003. — С. 86–92. 7. Влияние структурного состояния припоя на физико-ме- ханические свойства паяных соединений / Б. А. Калин, А. Н. Плющев, В. Т. Федотов и др. // Свароч. пр-во. — 2001. — № 8. — С. 38–41. Methods for production of rapidly quenched brazing filler metals in the form of 0.3...6.0 mm diameter wires of hard-to-deform materials in a plastic state are considered. As a result of quenching, the compositions of brazing filler metals based on Cu-P, Cu-P-Sn, Cu-Zn-P-Ni, etc. acquire a quasi-eutectic structure consisting of oversaturated solid solution with distributed copper phosphide phases. Examples of application of the rapidly quenched brazing filler metals are given. Поступила в редакцию 17.01.2008 6/2008 47

Способы получения и применение быстрозакаленных припоев

Репозитарії

Схожі ресурси