Припой на основе никеля

Классификация по МПК: B23K

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2334606
Дата публикации: 
Суббота, Сентябрь 27, 2008
Начало действия патента: 
Вторник, Декабрь 5, 2006

Изобретение может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД. Для повышения жаропрочности соединений при увеличении продолжительности выдержки при пайке и возможности получать припой в виде аморфных лент припой имеет следующий состав, мас.%: хром 7,0-9,5, кремний 0,3-0,7, бор 2,3-3,3, вольфрам 8,0-11,5, алюминий 1,1-2,8, молибден 1,1-2,5, ниобий 0,8-2,5, железо 0,4-1,7, углерод 0,05-0,15, кобальт 8,0-11,0, никель - остальное. Применение припоя позволяет существенно повысить надежность паяных соединений уменьшить брак при пайке и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД. 2 табл.


Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД.

Известен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%:




Хром 8,5-10,0
Железо 3,5-5,0
Бор 0,2-0,4
Кремний 6,0-7,2
Молибден 10,0-12,0
Вольфрам 8,0-10,0
Никель остальное

(Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.76).

Недостатками припоя являются большие значения эрозии при пайке жаропрочных никелевых сплавов, низкий уровень жаропрочности соединений при температурах выше 900°С.

Известен припой на основе никеля следующего химического состава, мас.%:




Хром 6,0-8,0
Железо 3,0-5,0
Бор 1,5-3,0
Кремний 4,0-5,5
Вольфрам 5,0-7,0
Углерод 0,05-0,15
Ванадий 0,05-0,1
Никель остальное

(а.с. СССР №1673352).

Недостатками этого припоя являются большие значения эрозии при пайке жаропрочных никелевых сплавов, низкий уровень жаропрочности соединений при температурах выше 700°С, плохая растекаемость при пайке и низкие значения жаростойкости соединений.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является припой на основе никеля для соединения жаропрочных никелевых сплавов следующего химического состава, мас.%:




Хром 6,0-7,0
Кремний 2,5-3,0
Бор 0,2-0,3
Вольфрам 8,5-9,5
Алюминий 4,0-5,0
Молибден 1,6-2,0
Ниобий 10,0-11,0
Титан 1,0
Никель остальное

(Справочник по пайке стр.74, Машиностроение, 2003 г.).

Недостатками этого припоя при пайке жаропрочных никелевых сплавов является неспособность увеличивать значения прочности соединений при увеличении продолжительности выдержки при пайке, то есть неспособность к диффузионной пайке, а также невозможность получить этот припой в виде аморфных лент.

Технической задачей изобретения является повышение жаропрочности соединений при увеличении продолжительности выдержки при пайке, то есть способность к диффузионной пайке и возможность получать припой в виде аморфных лент.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен припой на основе никеля для соединения жаропрочных никелевых сплавов, содержащий хром, кремний, бор, вольфрам, алюминий, молибден, ниобий, который дополнительно содержит железо, углерод, кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:




Хром 7,0-9,5
Кремний 0,3-0,7
Бор 2,3-3,3
Вольфрам 8,0-11,5
Алюминий 1,1-2,8
Молибден 1,1-2,5
Ниобий 0,8-2,5
Железо 0,4-1,7
Углерод 0,05-0,15
Кобальт 8,0-11,0
Никель остальное

Введение в сплав железа, углерода и кобальта при заявленном содержании и соотношении других компонентов обеспечивает высокие значения жаропрочности паяных соединений никелевых жаропрочных сплавов при повышении выдержки при пайке и способность получения припоя в виде аморфных лент.

Примеры осуществления

Предлагаемый припой, как и припой-прототип, выплавлялся в вакуумной индукционной печи. В таблице 1 представлены составы предлагаемых припоев (примеры 1-3) и припоя-прототипа.















Таблица 1
№ п/п Cr Si В W Al Мо Nb Fe С Со Ti Ni
1 7,0 0,7 2,3 11,5 1,9 1,8 1,6 1,0 0,1 9,5 - ост.
2 8,2 0,3 3,3 8,0 2,8 1,1 0,8 0,4 0,05 11,0 - -
3 9,5 0,5 2,8 9,5 1,1 2,5 2,5 1,7 0,15 8,0 - -
Прототип 6,5 2,7 0,25 9,0 4,5 1,8 10,5 - - - 1,0 -

Пайка проводилась при нагреве в вакуумной печи. Вакуум в процессе выдержки составлял не менее 5·10-4 мм рт.ст. Основной материал-сплав ЖС6У. Температура пайки сплава ЖС6У равна 1200-1220°С. Выдержка при этой температуре составляла 5 минут и 4 часа. Навеска каждого припоя в виде кусочков укладывалась вблизи зазора. Жаропрочность стыковых паяных соединений определялась на образцах из сплава ЖС6У. Диаметр рабочей части образца составлял 5 мм. Паяный шов находился в средней части образца и располагался перпендикулярно оси образца.

Получение припоя в виде аморфных лент осуществляли на установке «Кристалл 702». Предлагаемый припой изготавливался в виде аморфных лент толщиной 30-43 мкм. Припой-прототип не получался в виде лент, а только в виде плоских обрывков.

Свойства предлагаемого припоя и выполненных этим припоем соединений в сравнении со свойствами припоя-прототипа представлены в таблице 2.






Таблица 2
№ п/п Сточасовая прочность стыковых соединений при 900°С, кгс/мм2 выдержка 5 минут Сточасовая прочность стыковых соединений при 900°С, кгс/мм2 выдержка 4 часа Толщина аморфных лент, мкм
1 12,0 23,0 30
2 11,0 22,0 43
3 10,0 24,0 35
прототип 12,0 14,0 нет

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый припой обеспечивает после продолжительных выдержек (диффузионной пайки) прочность стыковых соединений сплава ЖС6У, почти в 2 раза выше, чем у соединений, выполненных припоем-прототипом.

Использование припоя в виде аморфных лент позволяет точно дозировать припой при пайке некоторых деталей горячего тракта ГТД, например, упрочняющих пластин к контактным поверхностям бандажных полок рабочих лопаток турбины.

Применение предлагаемого припоя при пайке деталей горячего тракта ГТД позволит существенно повысить надежность паяных соединений уменьшить брак при пайке и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД.