Диффузионная сварка в вакууме или инертной атмосфере КМ

возможна как встык, так и внахлестку с образованием соединения в твердой фазе или полученных в процессе сварки-пайки. В последнем случае предусматривается сварка через проклад- ку-фольгу.

Дисперсионно-упрочненные системы алюминиевые сплавы + частицы SiC, А1203, TiC свариваются через промежуточные прослойки из меди, серебра; сплавы системы А1—Li с теми же упрочнителями при использовании фольги из меди, цинка, серебра. Выбор состава прокладок основан на следующем принципе: они должны иметь температуру плавления эвтектики 550 °С (медь) и 560 °С (серебро) ниже температуры плавления алюминия или температура солидуса сплава (АД 1) должна быть ниже, чем у сплава типа АД-31. Сварку нужно вести в области температур выше температуры эвтектики и солидуса при образовании жидкой фазы.

Как показывают результаты диффузионной сварки, выполненной при условиях, представленных в табл. 7.1, при использовании любой прокладки прочность соединения всегда больше, чем без нее. При использовании прокладки из сплава Д1 толщиной 75 мкм и меди разрушение происходит по основному металлу, а в других случаях — по поверхности раздела. Кроме того, при сварке с прокладкой степень деформации меньше 2 %. Еще лучше осуществлять сварку КМ АМг5+27%А1203 через на- нослойную фольгу на основе системы Ni—А1 состава 77 % Ni; 23 % (по массе) А1, которая наносится методом послойного электронно-лучевого осаждения металла на вращающуюся подложку; толщина слоя составляет 0,05—0,07 мкм. Сварку ведут на параметрах режима: Т— 520 °С; t = 5 мин.

Таблица 7.1. Характеристика прокладок и ориентировочные параметры режима диффузионной сварки КМ АД31 + 15% А1203

Материал прокладки

Толщина прокладки, мкм

Г,°С

Р, МПа

Без прокладки

-

600

2

Сплав типа Д1

75

  • 610
  • 600

12

Сплав типа Д1

30

  • 610
  • 600
  • 1
  • 2

Серебро

600

2

Медь

5

  • 610
  • 600

550

  • 1
  • 2

1

В процессе сварки прослойка фрагментируется на отдельные дисперсионные частицы в результате твердофазной реакции в условиях интенсивного пластического деформирования материала. Прослойки с такой структурой активируют диффузионные процессы и не снижают существенно прочностные свойства сварного соединения, которые находятся на уровне 76 % показателя основного КМ.

Подобный КМ АМг5+27%А1203 сваривают с использованием промежуточной прослойки из быстро закристаллизованной ленты системы Al/Си эвтектического состава А1+33%Си толщиной 0,07 мм. Сварку выполняют на параметрах режима: Т— 500 °С; t= 10 мин; Р= 40 МПа. Общая пластическая деформация составляет 25 %. Благодаря использованию специальных формирующих устройств, действующих по схеме давление-сдвиг, можно получать качественные соединения при более низкой температуре и меньшем времени сварки. Промежуточный слой полностью исчезает после дальнейшей термической обработки.

При сварке дисперсионно-упрочненного КМ Al+30%SiC, который изготовляется как методом порошковой металлургии, так и путем литья, применяется напыленное в вакууме промежуточное покрытие из никеля толщиной 2—5 мкм. Благодаря этому интенсифицируются процессы сварки, которая выполняется на параметрах: Т = 560-570 °С, Р = 0,6-0,7 МПа, t = 15 мин. Соединение разрушается по прослойке с вырывом основного материала.

Перед сваркой полезно осуществлять дегазацию деталей, что значительно улучшает качество сварного соединения.

Волокнистые дисперсионно-упрочненные КМ на никелевой основе с упрочнителями из нитевидных кристаллов, проволок из тугоплавких металлов, керамических или углеродных волокон свариваются с промежуточной прокладкой толщиной 0,1—0,3 мм состава: Co+28%Cr+25%W+0,9%Ti+0,4%Zn+2% Re+ +0,15%С. Равнопрочность при этом почти сохраняется, однако показатель при 100-часовой прочности при Т— 1090 °С не превышает 15 % прочности основного материала. Этот способ сварки пригоден для соединения таких разнородных материалов, как титановый сплав + КМ КАС- 1А, на параметрах режима: Т— 500 °С, Р= 100 МПа, /= 10 мин с дальнейшей выдержкой при температуре сварки, но без давления на протяжении 30 мин без образования интерметаллидных фаз на границах титан—алюминий и сталь—алюминий и сохранении начального расположения армирующих стальных проволок.

При сварке титановых сплавов с КМ боралюминий можно объединять две операции — формирование детали и сварку монослоев полуфабриката КМ на режиме, необходимом для формирования боралюминия.

При диффузионной сварке в атмосферных условиях для предупреждения окисления титановой поверхности в зоне сварки лучше всего алитировать ее 10 с в расплаве алюминиевого сплава АЛ (АД33) при Т= 680 °С и давлении 10 МПа. В результате создается защитный слой толщиной 0,1—0,3 мм, обеспечивающий получение прочного соединения: разрушение происходит по границе раздела плакирующего слоя и боралю- миния.

Наиболее эффективным типом соединения КМ с титаном является сварка в замок типа «ласточкиного хвоста», которое обеспечивает передачу нагрузки на боралюминий за счет сдвига в условиях сжатия (рис. 7.6):

Схема соединения КМ (I) с монометаллом (2) типа «ласточкин хвост»

Рис. 7.6. Схема соединения КМ (I) с монометаллом (2) типа «ласточкин хвост»

Соединение внахлестку не обеспечивает полноценной передачи нагрузки на слои КМ, усложняет для слоистых КМ создание равномерного распределения давления, а высокая жесткость и хрупкость борных волокон способствуют образованию дефектов на границе раздела титан—алюминий.

Клинопрессовая сварка изделий из КМ боралюминий с за- концовками из обычных конструкционных сталей выполняется в специальном приспособлении (рис. 7.7). Оправка 1 приспособления изготовлена из титанового сплава ВТ6, а обойма

2— из молибденового сплава. На внутренней поверхности алюминиевой законцовки предварительно наносится резьба глубиной 0,3 мм с шагом 0,5 мм. Законцовка 4сжимается с обоймой 2устройства по скользящей посадке. Между резьбовой поверхностью законцовки и конусом Зесть сборочный зазор 0,1 мм. Оправка 1 с конусом 3 собирается по скользящей посадке.

Давление запрессовки получается за счет термических напряжений, возникающих при нагревании двух коаксиально собранных жестких цилиндров с разными коэффициентами термического расширения А^.р. Собранные детали вместе с устройством нагреваются в защитной среде до температуры (0,7—0,9)ГПЛ более легкоплавкого из соединяемых металлов.

Оправка имеет больший А^р, чем обойма, поэтому расстояние между рабочими поверхностями оправки и обоймы сократится, а выступы («клинья») резьбы впрессуются в плакирующие слои трубы. Молибденовая обойма устройства в процессе нагрева препятствует расширению алюминиевой законцовки и фактически осаживает ее по внешнему диаметру. Оправка из титанового сплава ВТ6 увеличивается в диаметре при нагреве и, надавливая на внутреннюю поверхность конуса, упруго деформируется. Ее назначением является увеличение стойкости стенки конуса при впрессовании плакирующего слоя выступов резьбы законцовки. Средний диаметр цилиндрического корпуса в месте законцовки не изменяется. При испытании на сдвиг разрушение происходит по плакирующему слою алюминия.

Схема получения клинопрессовой сваркой соединения законцовки из алюминиевого сплава Д20 с КМ боралюминий с продольным и окружным армированием

Рис. 7.7. Схема получения клинопрессовой сваркой соединения законцовки из алюминиевого сплава Д20 с КМ боралюминий с продольным и окружным армированием:

а — до сварки; б — после сварки

Сварка трением дисперсионно-упрочненных КМ сопровождается разрушением армирующих частиц, интенсивной пластической деформацией матрицы и возрастанием твердости, а в зоне термического влияния, наоборот, снижением твердости из-за отжига матричного сплава. Поэтому целесообразно производить старение таких алюмоматричных КМ, после чего прочность соединений достигает 80 % прочности основного материала.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >