Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов
Подождите немного. Документ загружается.
40!,
полунено
при
7
:
1000'(;
р
:
1'5
кгс/мм2;
[
:20
мин
и
Ё
:
10-д
мм
рт.
ст.
Б зоне
соединения
имелась
тонкая
интерме_
таллическая
прослойка
толщиной
-4
мкм,
по-видимому,
е-фазь:
\бРе'.
€варку
нио6ия
с
молибденом
вь1полнял1{
на
обр-азшах
при
?
:
:1200,'1300
и 1400"€;
р:|
кгс/мпп2;
[:5
мин
у! Б:
:10_{
мм
рт.
ст.
|1ри
ппеталлографинеском
и_с9дедовании
сварнь1х
соединении'
полуйенн,;х
при
7
:
1200
и
1300'
€,
хорогпо
видна
линия
раздела
ме>кду
ниобием
и молибденом.
3 3оне
сварки
соединения'
вь|пол_
ненного
лри
7:
1400'€'
сплогшная
граница
раздела
рассась]_
Б,о'[?€Б.
ФЁтимальнь1м
ре)кимом
сварки
нио6ия
с молибденом
сле-
!у.'.,".,",
7:1460"(;
р:1-кгс/мм2,
/:5
мин
и
Б:
:
10_д
мм
рт.
ст.
€оединение
чистого
тантала
марки
1Б41
и сплава
тантала
марки
тв10
(1а
-
10% ш)
с
титановым
сплавом
Ф14
полунено
на
следу|ощих
ре}кимах_:
1) т
:1500"
(;^р:0,5
кгс/мм';
|:
:
об
йй";
2)
г:1350"€;
Р:4-кгс/мм2;
{:!0
мил;^3)
7:
:980'с/
р':1
кгс/мм2;
'|:45
мин;
4)
7:980'(;р:
:
2 кгс/мм';
|
:30
мин.
Бакуум
во
всех
случаях
бьтл
10-6 мм
рт.
ст.
1акие
вь|сокие
температурьт
не
позволили
получить
сварное
соединение'
так
как
с
ростом
температурь1
происходит
иска)кение
р.йБ"''
$-
и
\[-фаз'
которь1е
становятся-
псевдоаморфньтми'
||ри
сни'{ении
температурьт
св?рки
до
650'
с
(р
:2
кгс/мм2
и !
:
:
30
мин)
получень1
соединения,
обладающие
вь1сокими
д!9чн9-
стнь1ми
и
пластическими
(о*
:
56
кгс/мм2'
6
:24о/о
для
тв10
+
+
от4
[ б,
:68
кгс/мм',
6
:
25о/о
для
1Б41
*
Ф14)
свой-
ствами.
€варка
ц1|ркония
с латунью
марки
лс59
-
весьма
слох<нь:й
про|{есс
в свя3и
с тем,
что
их коэфициенть1
температурного
рас_
ширения
отличаются
более
чем в
3
раза.
14нтенсивное
испарение
цийка
в процессе
сварки
приве{'о
1^необходимости
травлен|1я
ла-
туни
перед
сваркои
растворош1
серной
кислоть|.
Фптимальнь1м
ре-
}кимом
сварки'
обеспе'1ивающим
хоро11]ее
качество
сварного
со_
единения
циркония
с
латулью
мар_ки
лс59,
мох(}1о
считать
7
:
:
850"
(;
{:
0,5
кгс/мй";
|
:
30
мин
и Б
:
10-д
мм
рт'
ст'
10
€варка
магнитнь|х сплавов
|]остоянньте
магнитьт
1пироко применяют в
различнь1х
приборах,
аппаратах и ма!11инах. Ёаиболее
распространеньт
ли_
ть1е постояннь1е
магнить| на основе Ре-\1-А1-€о
(}ФЁА(-24,
юндк-25БА,
юндк-35т5), обладающие максимальньтми свой-
ствами и
стабильностью характеристик.
Б магнитах
юндк-25БА
не
всегда
удается
получить направленную кристаллизацию во
всем объеме
крупнь]х и
сло}кнь|х
отливок
и
поэтому системь1
и3
этого
сплава приходится
делать
составнь1ми. ,&1е>кду тем ввиду
вьтсокой
твердости
и
хрупкости лить]е магнить| с трудом подцаются
механической
обработке'
и
соединяют
их
ме)кду собой
обь:чно
либо
ра3личнь]ми
вне1пними крег{ех{нь!ми
оболочками,
ли6о
специально
3аливаемь|ми
магнитомягкими
крепе)кнь]ми вставками. |!опьттки
непосредственного
соединения
магнитов с помощью склейки
или
пайки
не привел]{
к наде}кнь|м и
устойнивь!м
ре3ультатам
вслед-
ствие низкой
динамической
их
прочности. €клейка
приемлема'
по-видимому'
трлько в тех случаях'
когда площадь склеивания
велика и
к соеди|-1ению не предъявляется вь1соких прочностнь]х
требований.
€варка плавлением' в
частности
дуговая'
для
магнитов не_
приемлема.
Алюминий,
входящий в состав юндк
в количестве
9%о,
из-за
близкого сродства к кислороду
при вь1соких температу_
рах
окисляется и
угарает.
}гар алюминия
ш1о)кно компенсировать
применением
электродов
и3
этого )ке материала'
но происходя-
щее
при
этош1 га3овь|деление
и
разбрьтзгивание
металла приводит
к
получению
неплотного
и
неодг|ородного шва.
1о
}ке
самое про-
исходит
и
при аргонодуговой сварке. .&1е>кду
тем прецизионнь1е
сплавь|
типа
}ФЁА(
для
сохранения 3аданнь1х
магнитнь|х свойств
требуют
точного,соблюдения
химического
состава
и не
допускают
отклонений
по содер)канию'
например'
алюминия,
более чем на
7-0,2%.
|1ри
контактной
сварке в пластическом
состоянии'
а так>ке
при
всех
видах
сварки плавлением'
в 3оне
сварки
происходит
бь:стрь:й,
но
неравномерньтй
рост
температурь].
Аз-за малой
теплопровод-
ности
магнитного
сплава
это приводит
к образованию трещин'.
2о1.
росту
зерна
и
6ез
того
крупнозернистого
металла
и к вь1крашива-
1''ю.
п'догрев
магнита-с
регламентированной
скоростью
так)ке
не
ре|пает
3адачи'
.&1агнитьт
очень
чувствительнь1
к повь11пению
|.'й.р''урьт.
Ёагрев
магнита
вь|1пе
те\'1пер_а{урь|
в25"
с
приводит
* не'ора1ймой
по|ере
магнитнь!х
свойств.
Ёо
и
ни>ке
этой
темпе-
ратурь'
магнить1
можно
нагревать
только
до
известного
предела;
так'
нагрев вь]1пе
темг1ературь1
отпуска
при
продол}кительной
вьт-
дерх{ке
мо)кет
существенно
сни3ить
коэрцитивную
силу'
1]ри
кон-
тактной
сварке
магнита
со
сталью
линейная
усадка
расплавлен_
ного
1ФЁА(
доходит
до
3о/о
'
т.
е. в
2
раза
превь1шает
усадку
стали'
и это
ведет
к
внутренни\'1
напрях{ениям
и
растрескиванию'
[иффузионная
сварка
по3воляет
соединять
магнитнь1е
сплавь]
и
постоянньте
магнттть!
при
сравнительно
низкой
темп-ературе
на-
грева
без
расплавле!*ия'соединяемь1х
металлов
и небольш-том
да-
влении.
йсс.цедовали
свариваемость
магнитного
сплава
юндк-24
и ни3коуглер'д'с''#
стали
355
(химинеский
состав
1ФЁА(-24:
[+%
ш;;'в,ь%
А1;
24о/о
(о;3,5%
€ш;
0,3%
11;
0,3%
Ре$;
Ре-
остальное)
на тшлифованнь]х
образт.т'ах:
цилиндрических
диаме_
;й;
гв
'й
,
д'""'й'12
мм
(масса )5
9,
,р"з*атинеских
1'1
х
1 1 х 40
(йасса 10
г)
и
кубинеских
ё
ребром
28 штм
(масса
200
кг)'
-
'
|1ри
".гре,е
в
вакууме
на
поверхности
сплава
}ФЁА(-2{
образовьтвалась
тонкая
пленка
окислов'
препятс.гвующая
сварке'
АЁя
предотвращения
диффузии
компонентов,
образующих
окис-
ную пленку'
использовали
промех{уточнь1е
прокладк|т
в
виде
медной
или
никелевой
фольги'
порошка
н|4келя
и гальваниче-
ского
медного
покрь1тия.
||рименение
прокладок
позволило
сни-
зить
температуру
сварки.
А4агнитьт
,
*,а.,''й,'е
систе\'1ь1
(в
процессе
эксплуатации)
зна_
чительнь]х
механических
нагрузок
не
несут.
1(
их прочности
не
предъявляются
какие-либо
определеннь1е-
требования'
'
|!оэтошту
основнь]м
критерием
для
вьтбора
параметров
сварки
слух{иланеи3менностьмагнитнь1ххарактеристиксистемь1'для
чегодоипослеог1ь]таи3меряликривуюразмагничиванутясплава'
подсчить1вали
максимальную
магнитную
энергию
и определяли
3начения
Б,
и |1'.
Б магнитньтх
системах'
кро\{е
того'
измеряли
напря)кенность
поля
в
во3душном
3азоре.
|{ервонанально
6ьтц1
установлена
минимально
допустимая
температура
сварки.
Ёаиболее
нувствительной
к
темпер*атуре
оказалась
коэрцитивн
ая
сила
сплава.
}>ке
при..550-600"
€
сни_
й"й'"
Ё"
достйгал
о 5-7 %.
Фднако
последующий
дополнительньтй
отпуск
по
ре)ки\{у
620"с2чи580'€
8 ч
полностью
восста-
навливал
исходное
3начение
[1,
(рис.
112).
Фказалось'
-что
по_
добнь:м
образом
мо}кно
восстанавливать
свойства
образцов'
свареннь1х
при
температурах до
700"
с. Бьтш:е
этой
темпера'
турь1
ни
при
каких
рех<имах
отпусков
Б,
и Р,
полностью
не
восстанавливались
'
202
Рцс.
1 12. Блцянн:
п1е1!][ерап[црь|
сваркц на'|а2н!.!'!т[ные
сво'|спва
сварно2о
сое0нненця [6[|А|к-24
со
с/палью
355 с нцкелевой прокла0'
кой
(р:
1 кес|лтм2;
|:5 мцн)
|1ри исследовании 3ави-
симости
прочности
1пва и
стабильности
магнит}1ь!х
свойств
от
давления
и
вре-
мени
вь1дер)кки те1\,1пера-
туру
сварки поддерх<ивали
900
т''с
постоянной
(700'с).
}становлено,
что
для
обеспечения
проч-
ности
11]ва
достаточно
давление
2 ктс|мм2,
и
дальнейгпее
повь1-
1пение
его
нецелесообразно.
.&1инимальное
время
вь1дер}кки
ока-
залось
равнь1м
10 мин.
Более
длительное
пребьтвание
образцов
в
камере такх{е
необратимо
сни)кает
17'' как
и их перегрев. €ва-
реннь]е
по такому
ре}киму
при
разре)кении
10_3
мм
рт.
ст.
галь-
ванически
омедненнь1е
образшьт
дали
наилуч1пие
результатьт
-
свойства
после
сварки не и3менялись' а
разру1пение
при
ударе
происходило
не по
сть|ку'
а по
более
хрупкому
телу магнита.
14зменений
в микроструктуре
сплава юндк-24
при сварке
по
этому
ре)киму
не
наблюдалось
(см.
рис.
п-29)'
€ переходом от
образцов к конкретнь1м
магнитнь1м системам
ре)ким
сварки несколько
меняется'
так как'ска3ь1вается
влияние
масгптабного
фактора.
€ изменением
объема
и конфигурации
сва-
риваемь1х
деталей
меняются
условия
их
нагрева,
распределения
температурь1
по
сечению
и отвода
тег1лоть] от свариваемь|х
поверх-
ностей.
Б системе
усло)княется
ра3мещение
нагревательного
ин-
дуктора
и передача
давления
на
свариваемь1е
детали.
Бозникают
трудности
в
обеспечении
плотного контакта свариваемь1х
поверх-
ностей.
Фднако в
намагниченной
системе
дах<е
весьма мальтй зазор
или
несплошность в месте
сть1ка
представляет собой
дополнитель-
ное
сопротивление
для
магнитного потока,
в
котором
теряется
часть полезной
энергии.
1(роме того'
при
сварке
реальной
системь|
повь11шаются
требо-
вания
к
сохранению ее геометрии.
Б связи с
этим следует обраштать
особое
внимание
на
тщательную предварительную
обработку
ле-
талей
и
их контроль'
проектирование
и
исполь3ование
приспосо-
блений,
обеспечивающих
равномерную
передачу
давления
и плот-
ньтй
контакт
стыкующихся
повеРхностей.
в20
ц
:4'
Ё
х"
\
о|
]0
*{
\
+
\
.ч?
т
11
€варка
твердь|х сплавов
и
метал/!окерамики
с
металлами
€варка
твердь!х сплавов. Ёеобходимость
соедине1{ия
твердь1х сплавов
и твердьтх сплавов с
металлами возникает в ин-
струментальной
промь1шленности
при
изготовлении и
ремонте
[|]тампов и
рех{ущих
инструментов'
армированнь]х
твердь1м
спла-
вом.
|{ри механическом креплении
твердосплавнь]х элементов
уве-
личивается
расход
дефицитньтх
твердь|х сплавов
и трудоемкость
и3готовления !птампов
и и1{струмента.
|1рименение пайки
вьтсо-
котемпературнь]ми
припоями
по3воляет
сократить
расход
твер-
дь1х
сплавов
и трудоемкость
изготовления инструмента'
одна-
ко
надех(ность
соединения
в этом
случае
(особенно
с
учетом
ударного
нагрух(ения
1птампов) недостаточна
и3'3а
напря'(е-
ний,
во3никающих
в процессе
пайки вследствие значительной
разности
в коэффишиентах
температурного
рас!|]ирения
сплава
и стали.
Ёаличие х<идкойфазь:
(расплавленного
припоя)
приводит к
про-
никновению
припоя в зародьт1певь|е
трещинь| и
другие дефектьт
по границам 3ерен.
|1роисходит охрупчивание
3оньт соединения'
ре3ко
падает
пластичность
и
динамическая
прочность сть1ка.
!1аличие х<идкой
фазьт
заяастую
приводит
к появлению
интерме-
таллидов
в
паяном соединении
в
ре3ультате
взаимной
диффузии
комг1онентов припоя
и основного
металла
в
соответствии
с
диаграм_
мами состоян|1я.
||ри
увеличеннь1х
3азорах
припой в шве нахо-
дится
в литом состоянии'
и'
следовательно'
прочность соединения
определяется
прочностью
припоя. |!ри сли1пком
маль|х за3орах
мох(ет
отсутствовать
затекание
припоя' в
ре3ультате
чего
нару-
1шается спло1пность
1шва
и сни}каются
механические свойства
пая_
ного соединения.
Фптимальньтй
зазор,
как правило'
вь]дер)кать
практически
не
всегда
удается.
Б
процессе
пайки
наблюдается
окисление
и обезуглерох(ивание
поверхностного слоя
металла'
перегрев
и пере)ког
металла'
мест-
ньлй перегрев
и во3никновение
трещин
в твердь1х сплавах.
|1осле
пайктц
необходима
трудоемкая
операция
очистки инструмента
от
1плака.
204
.[1
ифузионн
ая свар
ка позволила
пр
едотвр ат||ть
ил\4 полн
остью
устранить
указаннь1е
вь11пе недостатки'
присущие
паике.
-
Бозникающие
в
процессе
дифузионной
сварки
термические
напря}кения
мо>кно
устранить
подбором
оптимального
термиче-
ского
цикла
сварки
и снизить
до
неопасного
уровня
путем
приме_
нения
нерасплавляемь1х
проме'(уточнь1х
прослоек.
||ри 9том
определяющее
3начение
имеют способ
нанесения'
толщина
и
ре-
лаксационная
податливость
материала
прослойки,
его
спосб-
ность
обра3овь|вать
общие
связи
с
соединяемь1ми
материалами.
Работоспособность
соединений
во
многом
определяют
и
дифу-
3ионнь1е
процессь1'
ра3вивающиеся
в
ходе
и3отерминеской
вьт-
дерх{ки'
структурнь1е
и
фазовьте
превращения'
протекающие
в
кон-
такте
|27,
66,75'
791.
!,ифузионное
соединение
твердь|х
сплавов
мех(ду собой
чРи
тем1ер)турах
0,6_0;8
?,,
практйчески
нево3мох{но
из-за
сла6ой
дифузиойной
активности.
Аальнейшее
повьт1пение
температурь1
нагрева
с
целью
акт|1ваци|!
дифузион!|ых
процессов
приводит
к
пластической
дефоРмации
нагреваемь1х
твердь1х сплавов.
Аля
активации
дифузионнь1х
процессов
с
целью
получения
сварньтх
соединений
с
вьтсокой
прочностью
применяют
промех{у_
точньте
технологические
прокладки
из
различнь|х
материалов
в ком'
пактном
и
поро1пкообразом
состояниях.
1акие
промех(уточнь1е
прокладки
по3воляют
получать
прочнь1е
соединения
при
более
низкой
температуре
сварки'
мень1шем
давлении
и
времени
вь1дерх(ки.
Фднако
необходимо
учитывать'
что
металл
прокла'
док
при прочих
требованиях
не
долх(ен
о6разовь1вать
с соеди-
няющим
материалом
хрупких
интерметаллических
или
хими-
ческих
соединений'
а
такх(е стойких
окислов
и
дРугих
хруп_
ких
фаз.
|1рименение
проме>куточньтх
прокладок
при сварке
твердь|х
сплавов
по3воляет
решить
два
вопроса.
Бо-первьтх'
пони3ить
сва-
рочное
давление
и темпеРатуру
нагрева'
так
как сгла'(ивание
микронеровностей
в
данном
случае
у}1{е
происходит
не
ме}|(ду
твердь1ми
сплавами'
а ме)кду
твердь|м сплавом
и пластичнь[м
ме_
таллом прокладки'
и'
во-вторь1х'
при под6оре
определенного
ме-
талла прокладки
и его состояния
активировать
процессы
взаим'
ной
диффузии.
||ри сварке
твердь1х сплавов
с
металлами
промех{уточные
прокладки способствуют
устранению
или
уме!|ь-
1пению
термических напрях<ений.
|1ромех<уточнь1е
прокладки
мох(но
применять
в виде
поро1пков'
напь!леннь!х
пленок'
фольги.
!(
материалам
прокладок
предъяв'
ляют особьте
требования.
Фни
долх{ны
иметь
коэфициент
темпе'
ратурного
рас1ширения,
средний
ме'(ду
этими
коэфициентами
твердь1х
сплавов
и металлов.
|[рокладка
не
долх{на
расплавляться
при
сварке
и
дол)кна
слух(ить
промех{уточньтм
упругопластичнь1м
слоем мех(ду твердь1ми сплавами
или
мех(ду твердь|м сплавом
и
металлом.
!(омпонентьт
материала
прокладки
долх(ны
хоРошо
дифундировать
в
оба свариваемые
материала.
206
3
процессе нагрева
соединяемь]х
частей
твердого сплава
в
слу-
чае применения
поро1пкообразнь:х
прокладок
одн-о-временно
про'
исходит горячее
прессование
поро1шка
прокладки.
Ёаличие сильно
развитой
поверхности
частичек
порошка'
обладающей
повь:тпен'
ной свободной
энергией,
и налиние
ра3личньтх
дефектов
и
дислока'
ций
в
структуре
прокладки
способствуют
дополнительной
акти'
вации
диффузионньтх
процессов
на границе
прокладка
-
твер'
дьтй
сплав.
Фднако
прокладки
и3 поро1шка имеют
и
недостатки'
такие как
образование
пустоть1
(непроваров) и технологические
затрудне_
ния нанесения
поро1шка на
сло>кную
и3вилистую
поверхность
твердого сплава.
|{оэтому
их применение
мох(но
рекомендовать
только при
плоских
контактирующих
поверхностях.
Аля
соединения
деталей
сло>кной
криви3нь|
изломов
применяют
метод нанесения
тонких пленок на
соединяемую
поверхность
твердь1х
сплавов
вакуумнь1м напь|лением
за
счет
термического
испарения соответствующего
металла. 9тот
метод
по3воляет на-
носить чисть1е
однороднь|е
пленки
ра3личнь1х
металлов
и
ра3лич'
нь1х
толщин. Бо избех<ание
окисления
напьтленной
пленки
реко'
мендуется
после окончания
процесса
охлах<дать ее
под
вакуумом
до
температурьт
100" €.
1онкие пленки
имеют
после напь|ления
ряд
дефектов
и
несо_
вер1пенств
и о6ладают
больптой свободной
энергией,
облегчающей
и активирующей
процессь1
взаимной
диффузии
при
сварке
твер'
дь1х
сплавов.
|[рокладки
и3 компактной
фольги
обеспечивают
коп'
такт
мФкду
соединяемьтми
материалами
по всей поверхности
со'
единения.
!,иффузионную
сварку
твердь1х сплавов
Б(6 и
вк15
вь|пол'
няли с
целью
реставрации
твердосплавной
технологической
ос'
настки
и
инструмента.
Б качестве
промежуточньтх
материалов
использовали
переход_
нь|е
металлы
1!
ряда
периодической системь:
(титан,
ванадий,
хром' )келезо'
никель
и кобальт),
которь|е наносились
на
соеди'
няемую
поверхность
твердьтх
сплаво1
вакуумнь1м напь1лением
(при
разре)кении
2,|0-6
мм
рт.!ст).
||ерел напьтлением
поверх_
ность
твердого
сплава
обезх<иривали
бензином'
а затем
промь1-
вали ацетоном и
протирали
этиловь|м
спиртом.
Бремя испарен-ия
в
зависимости
от
толщинь[ напь1ляемой
пленки составляло
5_
20
с,
температура
подогрева
твердого сплава
при напь1лении
_
450"
с.
[ифузионную
сварку
твердь|х сплавов
вь1полняли
на опти-
мальшой'
рех<ийе
т
:
1200'
с;
р
:
0,7
-\,5
кгс/мм2;
!
:
7
-
+.10
мин и Б
:
10_д
мм
рт.
ст.
|{ри]диффу3ионном
соединении
твердь1х сплавов
или
вообще
других
материалов
очень
ва'(но
знать'
какие
фазь:
образовались
в переходном
слое
в
ре3ультате
диффузионнь1х
процессов
и их
природу'
так
как от этого
3ависят
физико-механические
свойства
сварньтх
соедишений.
906
Б слунае
соединения
сплавов
3(6
и Б(15
с
применением
прок-
ладок
ут3
тита|1'а,
ванад\1я'
хрома'
возмо)кно >келе3а'
т. е. с
кар_
бидообразующими
металлами'
имеет место
диффузия
углерода
в
ре1петки ука3аннь1х
металлов 3а счет
обезуглеро)кивания
кар-
бида
вольфрама\[€,
в
ре3ультате
чего
микротвердость
граничного
слоя
и
микротвердость
серединьт
прослойки
по сравнению с
микро-
твердостью
исходнь1х
этих металлов
значительно
возрастает.
|1о_
этому
промех(уточнь1е
прослойки этих
соединений
обладают
боль_
тшой
хрупкостью'
и
разру1шение
сварнь|х
образшов
происходит
""
Ё,":жт1*й','.'''ктурь1
сварнь1х
соединений
сплавов
вк6
и 3(15
с
промех(уточнь|ми
прослойками
и3 металлов:
}келе3а,
кобальта
и никеля
пока3ал'
что в сть1ке соединения
твердь:й
сплав
_
кобальт четко
вь1рах(ена
вь1травленная граница
кобальта
без
особьтх
изменений
в глубь лех(ащего
слоя
прокладки'
в
то
время
как
в
прокладках
х(еле3а
и
н|1келя наблюдается
тонкий
из:
мененньтй
слой
структурь1.
|1ослойньтм
рентгенофа3овь1м
анали3ом
границь1
ра3дела
этих
соединений
в зоне сварки
обнарух<еньт
следующие
фазовьте
со-
ставляющие:
для
титана
т1с,
т1ш,
ш2с,
шс, \[;
для
ванадия
-
у2с, ус
и
'$й''€.
3 соединениях
твердь1х сплавов
с прокладками
и3 хрома'
}келеза'
кобальта
и никеля
вь|явить что-либо новое'
3а
исключением
основнь1х
составляющих
этих сплавов' не
удалось.
Фбразование
карбидов
титана
|! ва11^дия происх9дит за счет
сильного
обезуглеро)кивания
кар6ида
вольфрама'$й'€,
имеющего
слабую
энергию сцепления
мв-с, которь:й
под
действием
как
ионной
бом6ардировки'
так
и
3а
счет
термического воздействия
отдает
свои
атомь1
углерода.
Аефицит
углерода
в твердом
сплаве
приводит
к образованию
соединений
\!а€;
€о3\[3€
и'
наконец'
шс.
Фбразование
соединения
]|1х{ вполне закономерно'
так как
в
сварочной
камере
всегда
имеется примесь
а3ота' вносимая из
во3духа
(остатонного) и
с поступающим
в
камеру водородом.
Б
сварньтх
соединениях
ука3аннь1х
сплавов'
где проме}куточ-
нь1ми прокладками
слу)кат
переходнь1е
металль|
1!
ряда,
атомь1
которь|х имеют
число
электронов
на
4-о6олочке
<5, диффузия
на границе
раздела
преимущественно
проходит за счет
атомов
углерода
с образованием
карбидов
металлов
г1рослойки
вслед_
ствие
обезуглеро)кивания
кар6ида
вольфрама
твердь|х сплавов.
А в
сварньтх
соединениях'
где промех(уточнь1ми
прослойками'слу-
)кат металль1'
атомь1
которьтх имеют
число
электронов на
4.-обо-
лочке
>5,
диффузия
преимущественно
будет
проходить
3а счет
атомов металлов.
(корость
дифузии,
глу6ина
диффузионного
слоя
и
прочность
сварного
соединения
зависят
от энергетического
со-
стояния
атомов
металлов
соединяющихся
поверхностей
и у|х
энергии
активации.
1аким
образом,
проведенное
исследование по вьтбору
мате'
риалов
проме)куточнь1х
прокладок
при
диффузионном
соединении
2о7
п0
,/10
!00
00
4000
0000 ?0000
10000
Рцс. 113.
1авцсцмоспь
прочноспц
сварных
сое0сцссенцй
пвераь!х сплавов
о!п пол-
ц11!ны
пленок
цз кобольпа (1)
а
ншкеля'(2)
Рцс.
1!4.
)(аракпер
1!3лол4а
образцов 0шффузшонтьсх
сое0цненшй
твердых
сплавов
вк_вн
по3волило
определить
металльт
про_
кладки
с
оптимальными
свойствами'
к
которь1м
относятся
кобайьт
и
никель.
|1редставлен!1ая
на
рис.
113
зависимость
прочности
сварнь1х
соединений
твердь1х
сплавов
от
толщины
пленок
и3 ко6альта
и
никеля
пока3ь1вает'
что
наиболь}пей
прочностью
обладают
соеди-
ц9цця"
твердь1х
сплавов
с толщиной
пленочнь1х
прокладок
4000_
9999 +
|[ри
толщине
промех(уточнь|х
прокладок
4000
_
8000
А
сварнь|е
соединения
ра3ру1шаются
по
компактному
металлу
и им_еют
прочность
твердого
сплава.
Ёанесение
на
соединяемь1е
поверхности
очень тонкой
пленки
(общая
толщина
менее
4000
А),
по-}идимому'
не по3воляет
пол|
ностью
вь1ровнять
микронеровности
плоскости
соединения; в
ре_
3ультате
этого
не
происходит
полного
фактинеского
контакта
соеди_
няемь1х
деталей'
что
затрудняет
прохо}кдение
объемнь:х
диффу-
зионнь|х
процессов.
|1оэтому
при
испыта*1\4и
на пзтп6
сва$т{*е
образцьт
ра3ру1пались
в
основном
по
месту
сть|ка и имели
пони_
}|(енную
прочность
соединения.
|!ри
больтших
толщинах
промех(уточных
прокладок
прочность
соединения
такп(е
пони)|(енная.
Разрушение
образцов
происходит
по
твердому
сплаву'
но и3лом
имеет в
этом
случае
специфинеский
вид
вырь|ва
ти[1а
неболь1]]ой
полусферь1
на
расстоянии_1_3
мм
от
линии
сварки.
Аналогичньтй
вид'рйзрушейия
образцов
проис_
,{одит
в
сварном
соединении
твердь1й
сплав_сталь'
где'создаются
большие
термические
напрях(ения
3а счет
разлиннь:х
коэфи-
циентов
температурного
рас1пирения
твердого
сплава и
стал|4
в
процессе
охлах(дения
сварного
соединения (рис.
114).
208
[о
п
щш
но п
роне
:кугпон но7 прокла0ка
1вердосплавньте
детали'
восстановленнь1е
методом
диффу_
зионной
сварки
по
разработанной
технологии'
показали
удовлетво_
рительнь!е
результатьт.
,[1ля
изготовления
1птампов'
армированнь|х
твердь!м
сплавом
вк15,
ш]ироко
применяют
среднеуглеродистую
сталь 45'
9та
сталь характеризуется
больтшой вязкостью
и
удовлетворительнь1м
пределом
текучести.
€плав
Б1(15
относится
к металлокерамическим
сплавам на
99ч9ве
монокарбида
вольфрама
(ш€).
€труктура
его гетерогенна:
85%
очень
твердь1х
3ере}1 кар6и|да
вольф[ам{'и
15% пластичнь:х
включений
кобальта,
3аполняющих
этот
скелет.
,[|ля
сварки
вольфрамокобальтовь1х
твердь1х
сплавов
со ста_
лями в качестве
материала
прослойки
наиболее эфективен
ни-
кель.
||рослойку
наносят
на свариваемую
поверхность
химиче-
ским путем.
||роцесс химического
оса)кдения
обеспечивает
нане-
сение
равномерного
по толщине
и
качеству
покрь1тия
на поверх-
ность любого
рельефа.
Фбразующееся
покрь1тие
состоит не
из
чистого
никеля'
а и3
твердого
раствора
внедрения
фосфора
в
ни_
келе и
фосфида
никеля
ш1вР.
в
процессе
нагрева под сварку
фос_
фор
как
более
летучая
фаза
отделяется
от
никеля.
.[,1,еханические
испь!тания
показали
стабильность качества
свар_н-ого-соединения..
||ри
оптимальном
рех(име
сварки
(7
:
:
1050"
(;
р:1
кгс/мм'; Ё
:
10 мин;
Б:
10_. мм
рт.
ст)'зна-
чение
прочности
на отрь1в
не
вь1ходит
за предель|
32-33 кгс/мм2.
^&1еталлографинеские
исследования
и механические
испь|та-
ния
соединений
стали
с
твердь1м
сплавом без
применения проме_
х<утонной
прослойки
показали'
'
что
работосйособность
таких
соединений
!{еудовлетворительная.
Б
3оне соединения обнару_
х<ена
очень
хрупкая
переходная
3она 1пириной 2-5 мкм (см.
рис.
|{-30).
||ри использовании
в качестве
проме>кутотной
прослойки
химически
осах{денного
никеля в
3оне
соединения
хрупкие
фазьт
не
обнарул<ень:.
€о
сторонь1
твердого
сплаванаблюда_т6тся
об6со6-
леннь1е
частиць1
кар6ида
вольфрама,
что
объясняется интенсив_
ной
взаимной
диффузией
никеля
и кобальта.
Б
соединениях' по_
лученнь1х
сваркой
на оптимальнь1х
рех(имах'
неспло1шности' ино_
роднь1е
включения
и
другие
дефектьт,
возмох(нь1е
при
дифузион_
ной
сварке,
не обнарух(еньт.
1вердость
переходной_зонь:
незначи-
тельно
вь|ше
твердости
стали'
что характери3ует
ее
удовлетвори-
тельнь1е
пластические
свойства. 14сходнь:е
свойства
и.структура
твердого
сплава
|| стали в
около|повной
зоне в
условиях
диффузион_
ного
соединения
существенно
не и3менял|1сь (см.
рис.
п-31).
Б процессе
и3отермической
вьтдер}кки
при ЁьтбрАнньтх техноло-
гических
рех{имах
имеет
место
дифузия
никеля
в
сталь и твер_
дьтй
сплав.
|1ри
этом
дифузия
нийе"'|я
в тверАьтй
сплав более ин-
тенсивна'
нто
обусловлено
более активнь1м массообменом
мех(ду
кооальтом
и
никелем
в приграничном
слое твердого
сплава.
)(е-
ле3о
такх(е
диффундирует
в промех<утовньтй
слой
никеля'
но
кон-
|4
Ё.
Ф.
](азаков
209
77"0
|папь 45
-0еоехо0ноя
зона
-,
'
нцкель
|
0к15
А
х/.
/
\\
[о
\
10
0
10
20 ик!'1
кель
не приводит
к отрицательнь1м
последствиям
(рис.
115).
€варку твердого
сплава
вк15
с
инструментальной
сталью }8
вь1полняли
|1а оптимальном
рех{име
(т:
|150+-1130'6;
р:
:
0,5+-0,7 кгс/мм2; !
:
12 с
и Б
:
10-{
мм
рт.
ст.)
через
следую-
щие
прокладки:
Ре
*
50о/о \!;
Ре_\1-6о
(с
различнь1м
процент-
ньтм
содер}канием кар6ида вольфрама);
Ре-\|-\[€-€о
(с
раз_
личнь1м. процентнь1м содерх{анием
карбида
вольфрама и ко-
бальта, что
соответствует
твердосплавной
смеси
вк3, вк6, вк15'
вк20).
,[1,ля
улунтпения
взаимодействия
элементов
в
прокладку
вводили карбид вольфрама
и кобальт
в
виде
поротпкообразной
смеси.
.}1аксимальной прочностью
при
изгибе
обладали соединения
с
прокладками
(Ре_\1)
*
2о/о
1$(;
(Ре-\!)
+
2% Б(3 и
(Ре_\1)
|
2о/о Б}(6, минимальной
_
соединения'
полученнь1е
без
прокладки
(о'"
:
10_12
кгс/мм2)
и
с
прокладкой
(Ре_\[1)
*
{
16о/о,Б1(20
(о""
:
15
кгс/мм2).
|
}(омпозиция
Ре
+
50% \|,
применяемая
в качестве компен_
сационной
прокладки'
имеет
коэффициент
температурного
рас_
1пирения' 6лизкий
к
такому
коэффициенту
твердого
сдлава.
_г_|Р'ч:
нос1ь
при изгибе
сварнь|х
соединений
с
прокладкой Ре
+
50%
ш1
б"":60_65
кгс/ммъ.
Бведение
в прокладку
Ао6авок
из
\!'€,
вк3, вк6
по3волило
повь|сить
прочность
при
изгибе
до
/5 кгс/мм".
Ёизкая
прочность
при
изгибе
образцов
при
добавке
в про_
кладку
16% вк20
объясняется'
очевидно' тем' что
в прокладке
появляется
много
ко6альта,
у
кот0рого коэффишиент
температур_
ного
рас1пирения
вьт1пе'
чем
у
стали.
|!ри испйта|1|1и на
прочность
при
изгибе
образцьт
разру1пались
по твердому сплаву'
однако
и3лом
имел
вид
сферьт,
что свидетель_
ствовало
о |\ал;4ч|||1
внутренних
напря)кений,
локализующихся
в
прилегающих
к зоне
соединения
участках.
2|о
Рцс.
115. €оспав
перехо0ной зоньс
сое0у:ненцй вк15
+
ннкель
{
]-спаль
45
центрация
его
ре3ко
па_
дает
при
прохо)кдении
че-
резникель
иуграниць1
с твердь1м
сплавом
сводит-
ся
к
минимуму'
3то
имеет
больтпое
практическое зна_
чение' так как
х(елезо
в контакте
с
компонентами
твердого
сплава
образует
хрупкие
фазьт
Ре'$й',€,.
!,иффузия
кобальта
в
ни_
€варку
твердого сплава
вк20 е
мартенситной
сталью
1вх2н4вА
и сталью €т3,
применяемь|х
для
изготовле1|ия
1птам-
пов
холодного
деформирова|1|1я,
проводили при 7
:
800-а
+-1100"
(;р
:0,5+2
кгс/мм2;
1
:
5-:-30мини6
:
10-д
ммрт.
ст.
Б]канестве
промФ{{утовной
прокладк\4
ислоль3овали
фольгу
ни-
кёля
Ё2 и пермаллоя
50Ё|1
толщиной 0,005_0,2
мм
и
никелевьтй
поро1|]ок.
Бьтсокую
работоспособность
соединения
о6еспечивает
опти-
мальньтй
рехким:
7:
1050"
(;
р:1+2
кгс/мм":
|:10-+'12
мин;
Ё:
10_д
мм
рт.
ст.
|1ронность соединения
при применении
компактной прокладки
(фольги).значительно
вьт1пе'
чем при
пр!1менении
поро1пка'
н
икеля.
}величение
толщиньт
прокладки
из
фольги
никеля с 0,005
до
0,1
мм приводит к
росту
прочности соединения
с 53
до
97,7 кгс|мм2.
|1ри
дальнейтпем
увеличении
толщинь| прочность
падает.
Аля
прокладок
из пермаллоя
эта
тенденция вь]ра}кена
менее отчетливо.
}1о>кцо
полагать'
что
увеличение
прочности
прокладки
в
соедине-
нии
твердь1й сплав_сталь
происходит
в
результате
упрочне11ия
прокладки
в процессе пластического
деформирования
при
растя-
}кении
и за счет
ее легирования
вольфрамом'
)келе3ом и кобаль-
том. €
учетом
даннь1х
измерения
внутренних напря)кений
при
раз-
личнь1х
прокладках
оптимальной
проклаАкой следует
при3нать
фольгу
никеля
толщиной 0,1
мм.
-
|1рошесс
создания геометрического
контакта
при
дифузион'
ной
сварке
в вакууме
и
дальнейтшее
ра3витие
диффузионнь1х
про-
цессов
в
значительной
степени
определяются
состоянием
соеди-
няемьтх
поверхностей.
Больтшое значение
при этом
имеет микро-
и
макрогеометрия
поверхности. |1ронность
соединения
существенно
повь11пается
при 1пероховатости' соответствующей
седьмому
классу.
.[1,альнейтпее
повьт1пение
качества обработки
поверхности
практи-
чески
не
влияет на прочность
соединений.
Ёепараллельность тор-
цов
при
этом
не
долх{на
превь:[пать 0,02
мм.
|1ронность
соединений
твердого сплава со
сталью
через ком-
пактньте
прослойки,
вь1полненньтх на
оптимальнь1х
ре>кимах'
при
испь1тании
на срез
составляет
40_46 кгс/мм2,
на
кручение 28_
30
кгс/мм2' на
растя)кение
60_90
кгс/мм2,
что
во всех
случаях
вь1||]е
прочности
паяньтх
соединений
твердого сплава
со сталью.
,|1,иффузия
никеля
в
сталь
происходит
преимущественно
по гра'
ницам 3ерен.
[лу6ина
диффузттонной
зоньт на
оптимальнь1х
режи'
мах
сварки
составляет
по
границам
зерен
20-30
мкм.
Б
результате
диффузии
никеля
в
сталь
микротвердость
стали
в
3оне'
прилегающей
_т!
прокладке'
.повь11пается
на
40-50 кгс/мм2
по
сравнению
с
исходной.
[елезо
|тз стали
диффунлирует
в про_
кладку
на
глубину
45-55 мкм и
в
случае
применения
прокладок
толщиной
0,005-0,04
мм проникает
чере3
прокладку в твердьтй
сплав.
!,иффузия
х{еле3а
сни}кает
пластичность
прокладки'
в
ре3уль-
тате
чего
умень1|]аются
релаксацион!1ь[е
возмох(ности прокладки
!
:ло
ч
ч
"*-
аа
Ё
ёга
€4'
Ё
5
/и
20
30
14*
2\\
и
увеличиваются
внутренние
напря}|(ения. при применении
про_
кладки
толщиной
0,1
мм
отрицательное влияние
диффузии
х(еле3а
ска3ь|вается
в мень1пей
степени.
3 связи
со значительньтм
ра3личием
в
коэффишиентах
темпера-
турного
рас1пирения
твердого
сплава
|1
стал|1'
при их
сварке
фор-
мируются внутренние
(остатонньте)
напря>кения.
!'ля
металло-
керамических
твердь1х
сплавов
наиболее
опаснь|
напрях{ения
растях{ения.
||ри
формировании
в
процессе
сварки на нарух<ной
поверхности
твердого
сплава'
а
следовательно' и
на
рабоних
кромках 1штампов
растягивающих
напря>кений последние
сумми_
руются
с
напрях(ениями'
возникающими
при эксплуатации
1птампа' и могут превь1сить
допускаемь|е.
Б
результате
возмох{но
образование
трещин в твердом
сплаве
или вь1кра1шивание
рабоних
кромок.
Б
связи с
этим возникает
необходимость
сни3ить
уровень
на-
прях<ений
в твердом
сплаве
и обеспечить
условия'
при которь|х
на
нарух<ной
рабоней
поверхности твердого
сплава
булут
формиро-
ваться с}кимающие напрях{ения.
||ри сварке
твердого
сплава со
сталью €т3 и 35!,[€А
на
поверхности
твердого
сплава образуются напрях(ения
растях{ения
(43_68
кгс/мм2), а в
3оне сварки
-
нап!я)кения
с)катия
(20-
28 кгс/мм2). |1р" сварке твердого
сплава
со
сталями
мартенсит-
ного
класса
18[2Ё4БА и
5[ЁБ на
поверхности твердого
сплава
образуются
напрях(ения с>7<а"гия
(до
11 кгс/мм2), а в
3оне сварки
-
напря)кения
растях(ения
(17-75
кгс/мм2). |1ри исполь3овании
стал|1
18х2н4вА
уровень
напря)кений
более благоприятньтй,
чем
при
исполь3ован|1\4 стали 5хнв.
Результатьт и3мерения внутренних напря)кений при пайке и
сварке
твердого
сплава со сталью с
применением
различнь1х
про-
кладок
показь1вают'
что с>п(имающие напря)кения на нару>кной
поверхности
твердого
сплава
формируются
только при примене-
нии
никелевь1х
прокладок и
стали
18х2н4вА.
Фхлах<дение образцов |13 сталу1
18х2н4вА после
сварки с
7
:
860' € проводилось
ускоренно
на
воздухе. |1ри этом в
ре3уль-
тате
мартенситного превращения
происходило изменение
объема
стальной
основьт'
вьтзь1вающее изменение направления
деформа-
ции
о6разца
и
образование на нару}кной
поверхности
твердого
сплава напрях(ений с>катия.
1ензометрические
измерения
пока-
зали'
что с}(имающие напрях{ения
в
твердом
сплаве
распростра-
няются на
глубину
|,5-2 мм. 9та величина
сои3мерима
с припус-
ком на переточку 1птампов
в
свя3и с
эксплуатационнь|м и3носом
ре}{(ущих
кромок' и поэтому
мо>кно
полагать'
что создание
с}ки-
мающих
напрях(ений
на
рабоних
кромках
будет
способствовать
повь11шению
стойкости
1птампа
в течение всего периода его экс-
плуатации.
Больтшое влияние
на
характер
и величину
внутренних
напря-
>кений
ока3ь1вает
и
соотно1шение
толщинь1
твердого
сплава
и
стали
(пт).
1ри
/п':
|: 1-:-1 :2
на
поверхности
твердого
сплава
212
\
62
?0
60
40
20
66, кас|пп2
66,
кас|нм2
60
0
-20
-40
-60
1:1
1:2 1,3
1:5
1:6
1:1 |'2
1:3
1:5
Рцс.
116, 3авцсцмостпь
вел.!ц!1нь|
вн!преннцх
напряоюенай
на наруэюной
поверх-
носпъш
пъвер0о2о
сплава
(о')
ц
в 3оне
сварк!1
(о)
опъ соопношенця
?полщцн
!пвер-
а,ао
,'',,' [!
с!пал|1
@)
(т:
1050'с;
р:
1_'кес|мм2;
!:
|0
мцн)
прц
сварке
сое0цненшй:
с
_
Б1(20-никель_€т3;
6
_
Б(20_никель_18*2Ё49А
образуются
напря}кения
растях{ения
(40-20 кгс/мм2),
в зоне
сварки
в твердом
сплаве
формируются
напря>ке!1ия
сх(атия
(20-
30
кгс/мм2)._
Ёаиболее
6лагоприятно
соотно1пение
пт
:
\ :3.
Б
этом случае
на
поверхности
твердого
сплава
образуются
незна'
чительнь|е
растягивающие
напрях{ения'
а
в 3оне сварки
_
с}кимающие
напря)кения
до
40 кгс/мм2
(рис.
116, с).
||ри
использовании
стали
18х2н4вА
напрях{ет{ное.состояние
твердого
сплава
существенно
изменяется.
|1ри
гп:
|:
!-|:2
в
ре3ультате
структурнь1х
превращений
в стали
на
поверхности
твердого
сплава
о6разуются
сх(имающие
напрях{е!1-ия
|2-
5
кгс7мм''
в
3оне
сварки-напря)кения
растя)кения
19_14 кгс/мм2.
€
дальнейтшим
умень1шением
/га
напря}кения
на
поверхности
твер_
дого
сплава
от сх{имающих
постепенно
переходят
в
растягивающие.
3 твердом сплаве
в
3оне
сварки
сохраняются
растягивающие
на_
пря}кения.
}[инимальнь|е
напря}кения
формируются
|1|||
гп
:
:1:3
(рис. 116'б).
[о
койструктивнь1м
особенностям
наиболее
примецимо
соот_'
ношение
толщин
твердого
сплава
14 стали
в
деталях
тптампов
тп
:
|:
1-:- 1
:2. |1ръ[
эксплуатации
1птампов
на
рабоних
кромках
матриц и
пуансонов
возникают
напрях{ения
растя}кения'
поэтому
становится
очевиднь1м'
что
применение
в
качестве
основьт
биме_
таллических
деталей
штампов
сталей
мартенситного
класса типа
18х2н4вА
создает
6олее
благоприятное'
с
точки 3рения
работо'
способности
инструмента'
распределение
остаточнь|х напря>кений.
1аким
образом,
на
поверхности
твердого
сплава' а следовательно'
и
на
рабоних
кромках
1птампа
создаются
сх{имающие напрях(ения.
Б зойе
сварки-в
тверАом сплаве
формируются
не3начительнь1е
по
213
0
-20
-40
-00 1:0
а)
а)
А
о2
,61
величине
напря}кения
растях(ения.
|[ерепад напря)кений
по
сечению
твердого
сплава
при использовании сталц
18х2н4вА
такх(е
следует
при3нать более благоприятнь1м' чем
при
использо-
ван|т\4
стали €т3
(при
пт
:
|: 1
для
€т3
о,
:
63 кгс/мм2'
для
18х2н4вА
о"
_
30
кгс/мм2; при пт
:
\ :2
для
€т3
б"
:
:
51
кгс/мм2). }меньшение
перепада
внутренних
напрях<ений по
сечению
твердого сплава сопровох{дается сни>кением
остаточ:той
деформашии
детали
после
сварки. 9то позволяет сократить
при-
пуски
на око!тчательную обработку.
1ермообра6отка стальной
основь1
приводит к
повь11пению >кесткости
сть1ка
тверльтЁ: сплав_
сталь'
в
результате
чего
умень11]ается
величина
упругой
леформа-
ции детали
1птампа
при прило'{ении
ра6отих
нагру3ок'
что
так}(е
повь1шает
ра6отоспособность
1птампа.
1аким образом, применение стал14
мартенситного класса
для
и3готовления
1птампов холодного
деформирования
по3воляет в п!о:
цессе диффузионной
сварки снизить
внутренние
(остатотньте)
напрях(ения
в твердом
сплаве.
Б
результате
мартенситного
пре'
вращения'
происходящего
при
ускоренном
охлах(дении сварного
соединен1-1я
(ость:в:шего
до
температурьт 800-850" с
в
сваротной
камере) на
воздухе, характер и величинь1 внутренпих нап|я)к€1
ний
в, твердом
сплаве
изменяются. Ёа
нарух<ной
поверхности
твердого сплава
формируются
благоприятнь1е
для
его
работьт
сх{имающие
напрях(ения.
1ермообработка
остальной
основы
по-
вь11пает
жесткость
сть1ка
тверАьтй
сплав_сталь'
улуч1пая условия
эксплуатации соеди!{ения.
[1_!тампьт'
вь]пол!{ енньте
диффузионн
ой свар
кой
н
а
оптимальнь1х
рех(имах'
пока3али вьтсокую стойкость при
воздействии
цикли-
ческих
ударньтх
нагру3ок.
Б процессе испьттаний
при
ударном
вь1давливании
алюминиевь1х баллонов на
прессе
усилием
230_
250
тс и
частоте
50
ударов
в минуту максималь!{ую стойкость
(480
ть1с.
ударов)
имели пуансоньт' и3готовленнь|е у1з стали
18х2н4вА
и
свареннь1е с
твердь|м
сплавом вк20 через
прокладку
1{икеля
толщиной
0,1
мм
на
оптимальном
ре}киме
7:
1050" €;
Р
:
|кгс/мм2;
|
-
\0мин и6
:
10_д мм
рт.
ст.
|1ри
изготовлении
рех(ущих
биметаллических
элементов 1штам-
пов
(рис.
117)
стально-е-_о_снование
|4з стали 5хгсв
(5хнв' 5хнм)
с
твердь1м сплавом
Б1(20
соединяли чере3
компенсационную
про-
кладку пермаллоя
50нп толщиной
0,2
мм
на
оптимальном
рех(име
|:
|130.-1150'
€;
Р:0,5
кгс/мм2;
!: 12 мин; в
-
:5.10-{
мм
рт.
ст.; скорость
нагрева
20'(|с.
!,етали-пуансонь|'
для
которь1х требуется одинаковая
твер-
дость
по всей
заготовке
Ё&6
44-46,
термически обрабатьтвают
после
сварки.
Аетали,
вь1полненнь1е
сваркой на
оптимальном
ре-
,(име'
имеют предел прочности при сре3е 45-50 кгс/мм2.
,[!ля
сварки
твердь|х
сплавов
Б(8
и
т15к6
с
дер)кавками
ин-
струмента
стали у8,
45
и
40!,
для
уменьтттения
термических
[{а-
прях<ений, возникающих в процессе
соединения' применяют
ком-
пенсационную
прокладку из
порошкообра3ного
никеля.
1онким
214
Рцс,
117. !!екогпорьое
пшпы
сварнь!х
0епалей
и
равномерным
слоем
порошка
припудривают
гнездо
дер)кавки
ре6па.
Б
-качестве
прокладки
мо}кно использовать
пермаллой
в виде
фольги
толщиной 0,2
мм.
Больтпое значение
для
обеспечс!ния
качественного
соединения
имеет
правильнь1й
ре>ким
нагрева
и
особенно
охла)кдения
резцов.
|1ри нагреве
в пластинах
всегда
во3никает
температурное напря'
женйе:
на
поверхности
_
с'(имающее'
в
середине
-
растяги'
вающее;
при охлах{дении
-
наоборот.
Растягивающие напрях(е'
ния очень
опаснь1
для
твердь1х
сплавов.
3тим обусловлень1 серь'
е3нь1е
ограничения
при вь:боре
скоростей
нагрева
и охлах{дения.
14ндуйтор
для
нагрева
дерх(авки
и пластинь| необходимо
вьт_
брать
такой
конфигураш|4и
14
с
такими за3орами'
чтобьт сначала
равномерно
прогрелась
дерх(авка'
а
затем
от нее'
у}{(е
путем
тепло_
проводности
_
пластина
твердого сплава.
Аля
этого !1аправле'
ние
витков
индуктора
дол}шо
совпадать
с
плоскостями
сварки.
Бще
больтпее
влияние на
качество
твердосплавного
ре3ца
ока_
зь]вает скорость
охлах<деиия
сваренного
инструмента;
так
как
при
охлах{дении
на
поверхности пластин
во3никают
растягиваю'
щие
напрях(ения'
которь1е
действуют
на
тверАьтй
сплав опаснее
сх<имаюйих.
Б связи с
этим скорость
охла}кдения
дол>кна
бьтть
в
8
раз
мень1ше
скорости
нагрева
т9}-
х(е
пластин.
€варку
проводили
при
7:
1000;--1100;
1200'€;
Р:
!+
-+1,5
к1с7мм2' ,:
1;
3;
6;
10;
15
мин.
Ёа ках{дом
рех{име
свари-
вали
по
два
образца.
1емпература
сварки
дол}|ша
бь:ть
вьттше тем-
215
пературь|
рекристалл|\3ацу||1
стали
и одновременно не
дол)кна
способствовать
деформации
(осадке)
заготовок.
!,ля
устранения
заметной
деформации
и
растреск\4ьания
твердого сплава
давление
долх<но
бьтть минимальнь1м.
Ёаибольтпее
давление
вьтбирали
с
целью
обеспечения
максимальной прочности соединения.
|1ри
установлении
времени сварки
учить1вали
требования наиболее
полного
протекания
диффузионного
процесса и обеспечения
доста-
точной
прои3водительности сварки.
}становленньтй в
рабоней
камере
образец
с
пластиной
из
твер-
дого
сплава
перед податей сварочного
давления
некоторое
время
прогревали в вакууме
для
во3мо}{но
более
полного
удаления
адсорбированнь1х и окиснь1х
пленок.
.[[авление
со3давали
только
после
нагрева
заготовки
до
3аданной
температурь:. Бременем
сварки
считалась продол)кительность нахо)кдения
3аготовки
под
давлением
при этой температуре.
|1осле прекращения нагрева
3аготовки
охла)кдали
поддавлением в вакуумной камере
примерно
до
150-200" €.
|1рояность
при сдвиге сварнь|х
соединений'
вь]полненнь1х
на
оптимальнь1х
рех{имах
[:|100'€;
р:|,5
кгс/мм2; !:7+
+-10
мин; 6:
10_д
мм
рт.
ст.;
скорость нагрева
15-20'(|с,
составлял.а: без
проме>кутонной прослойки
17,2
кгс|мм2;
с
проклад-
кой
пермаллоя
20
кгс/мм2; чере3
поротпок
23_26 кгс/мм2. |1рон-
ность соединений,
полученнь|х
дифузионной
сваркой,
вьттпе прон-
ности соединений'
полученньтх пайкой.
}1еталлографинеские
исследования
пока3али' что контакт
твердого
сплава
с
материалом прокладки
плотнь1й.
Бдоль этой
л|1н|1|\ встречаются 3ерна
кар6ида
вольфрама овальной
формьт,
отличающиеся
по
окраске
и
появившиеся в
ре3ультате
диффу-
3ионного взаимодействия
зерен
карбида вольфрама с
материалом
прокладки.
1(ачество
дифузионной
сварки
проверяли
прои3водственнь|ми
испь1таниями инструмента.
6варка
металлокерамики
с металлами.
}1еталлокерамические
материальт
находят
1пирокое
применение
в
ракетост!Ф€}{и]'1'
11!1'1.
боростроении,
авиацион1-1ой
промьт:пленности'
в
химическом'
энергетическом
ма1пиностроении
и
других
отраслях промь11плен-
ности. йх используют
как
инструментальнь1е
материальт
для
и3го-
товления
1птампов
и
рех(ущих
инструментов,
в качестве антифрик-
ционньтх
и
фрикшионнь|х
материалов'
для
и3готовления
деталей,
работающих
при
вь1соких
температурах'
в агрессивнь1х средах'
в
условиях
больших силовь1х
статических
и
динамических
нагру_
3ок
и т.
д.
Фбщие
требования'
предъявляемь]е
к металлокерами'
ческим
материалам
и конструкциям'
-
вь1сокая прочность'
)|(аропрочность' термостойкость
и коррозионная стойкость'
хоро_
1пая
свариваемость'
позволяющая
создавать
компо3итнь1е
конст_
рукции.
[!1ирокое применение
в
инструментальной
промь]1пленности
находят твердь1е
сплавь|.
2\6
Ёаиболее
распространеннь1е
способьт
соединения
металлокера-
мических
материалов
-
механическое
крепление
(болтами'
клинь'
ями'
прессовой
посадкой
и
т. п.)
и пайка.
Бо',т,"е
во3мо)кности
для
получения
качественнь1х
соединений
од!1ороднь1хиразнороднь1хметаллокерамическихматериаловот.
крь1ваются
с
применением
диффузионной
сварки'
с
помощью
дй66узионной
сварки
отработаньт
и
внедрень|
в
'прои3водство
технологии
соединения
6ольтшого
числа
комбинаций
материа-
лов'
деталей,
узлов
и
изАелутй.
(атодньте
токоподводь|
элект-
роли3еровдляпрои3водстваалюминияи3готовляюти3стер)к-
1тей,
полуненнь1х
холоднь1м
прессоэа]{ием
и3
смеси
80%
т!в?+
{
|от'
?;с
,
ди6аридз.
тц1/ча
(т1в9) с
6%-ной
молибдено-
вой
связкой
(т!в,
*
6о/о
}1о), соединяя
их
со стержнями
из
стали
€т3.
|1айка
не
обеспечивает
нео6ходимь1х
тре6ований'
предъявляе_
мь1хксоединениюсосталью'таккакзо!{асоединениявусловиях
эксплуатации
находится
в области
вьтсоких
температур
(960" с)
и
в г|зовой
среде
(окись
углерода'
двуокись
углерода'
фтористь:й
водород).
(роме
того'
припой
изменяет
переходное
электросопро_
тивление
(сталь-дибарид
титана),
нто
вьт3ь|вает
падение
напря-
>кения
при
работе
электроли3ера.
!.иффузиойнь1е
процессь1
в
сварнь1х
образцах
изучали
с
по-
мощью
металлографйнеских
исследованиц.
пРз
анали3е
микро-
стоуктуоь|
соединений
(в0%
т!в
а*
200/о
|1(),
полученнь|х
на
р.'й'*61
:
т100"
€;
р
:
| кгс/мм2;
|
:20
мин,
в3онесоединения
непров'ров
не наблюдалось
(см.
рис.
|1_32,
с).
Фтдельнь1е
участки
зонь1
соедине1{ия
ока3ались
оплавленнь1ми'
микроструктур-а
этих
участков
носит
эвтектический
характер
(см.
рис.
ц#'
б)'
3то
'б'"-,,"''я
тем'
что при
взаимодействии
сплава
80о/о
т1в2
+
*
20о/о
1|€ со
сталью
€т3 образуется
тройная
эвтектика'
темпе-
ратура
плавления
которой ни>ке
двойной
и,
вероятно'
них(е
тем_
|тера|урьт
сварки
(1
100'
с).
||олунение
качественного
соединения
металлокерамических
материалов
со
сталью
€т3 затрулнено
и3-за больп-тих
внутренних
напря>кений,
во3никающих
в
ре3ультате
охлах{дения
|4здел|1я
посйе сварки.
3еличина
внутренних
напря)кений
в
соединении
металлокерамика
*
сталь
3ависит
от
конструкции
детали
и тех_
нологии
ее
изготовления.
Фптимальньтй
рех<им
дифузионной
сварки
в
вакууме'
при
ко-
тором
удалось
обёспечить
минимальное
образованиетермических
напряйений
в 3оне
сварки'
следующий..
[
:
1100"
_€^;
-
р
:
:
о,б
кгс/мм2;
[
:
20 мин; скорость
охлах<дения
10-20'6/мин
до
50"
(;
Б
:
10-3
мм
рт.
ст.
Ёаимень1пее
влияние на
величину
внутренних
напрях<ений
ока-
зь|вают
те стали'
которь1е склоннь1
к
мартенситному
превраще_
нию'
увеличивающему
объем и компенсирующему
ра3ницу
в
уме}{ь_
шении
ра3меров
стали
и металлокерамики.
|1оэтому
сни>кение
внутренних напряжений
в
сварньтх
соединениях
мо)кно
дости_
217
!1
|
гнуть
применением сталей, склоннь1х
к
мартенситному
превраще_
нию
при охлакдении на
воздухе.
3а последние годь1
ре3ко
возросла
потребность
в
материалах'
обладающих
повь11пенной пронностью при
вь1соких температурах
и стойкостью
при
работе
в
самь1х
ра3личнь|х
агрессивнь1х
средах.
Бозмох<ность применения
тугоплавких металлов
(вольфрама,
молибдена' япо6ия,
тантала) в качестве вь1сокотемпературнь1х
материалов
ограничена
в
свя3и с
их
неудовлетворительной стой-
костью
против окисления
при вь1соких температурах и повы1пенной
способностью
к
га3опоглощению
в этих
условиях.
Фдним
из
основнь1х
тугоплавких материалов' отвечающих
этим
требованиям' является
дисилицид
молибдена, полунаемьтй
из смеси 63%
}1о и 370/о 5!. Фсновное его
свойство
-
высокая
стойкость
против окисляемости вплоть
до
температурьт 1700"
6.
Фн
не 3агорается
да}ке
в
струе
кислорода'
устойнив
против воздей-
ствия
углекислого
га3а' сернистого ангидрида
и
других
агрессив-
нь1х газов
и, как правило' не
растворяется
в кислотах и
расплав-
ленньтх металлах.
Фбъясняется
это
обра3ованием на
его поверх-
ности нрезвьтнайно стойкой
пленки ок14си
кремния. Б то >ке время
дис|\л|4цид
молибдена очень тверд,
весьма хрупок и имеет
хоро-
1пую электропроводимость'
Аэ
дисилицида
моли6дена изготовляют:
1)
нагреватели
для
печей,
используемь|х
при спекании и от}киге
керамики и металло-
керамики' получении
ферритов,
-
нагреве
вь|соколегированнь|х
сплавов
на
основе тугоплавких
металлов и
АР.
и 2) импеллеры-
разбрьтзгиватели
для
свинцово-цинковь1х
заводов.
Ёагреватели
(рис.
1 18)
состоят
из
двух
частей:
тонкой
рабоней
насти
(диаметром
6 мм) и вь|вода с поперечнь|м сечением
в
2
раза
больтшим
(Аиаметром
12 мм)' Бсли
приме!1ять
нагреватели
с по-
стояннь|м
сечением'
то
потребовалось бьт охлокдение
водой места
подвода токопроводящих 11]ин' что сних(ает
их
работоспособность.
€ледовательно, нагреватели необходимо
изготовлять
и3
отдель-
нь1х составнь:х
частей
с
последующим их соединением'
причем пере-
ходное сопротивление
в плоскости
соединения
долх(но
отсут-
ствовать.
€оединение пагревателей
пайкой исключается' так как о}]и
долх{нь|
работать
в
диапа3оне
температур 1600-1760" с. €варка
плавлением'
в
частности
дуговая'
так}{{е
не
применима'
так как
из-за
недостатонной
термостойкости
дисилицидмолибденовьте
материаль1
ра3ру1паются.
1олько
диффузионцая
сварка
в
вакууме
по3воляет получить соединения'
равнопрочньте
с
основнь|ммате-
риалом.
14мпеллерь:-разбрьтзгиватели
массой 20-70 кг'
диаметром
до
250 мм
имеют слох(ную по
форме
и
ра3мерам
конструкцию
и
вь1-
полнень|
и3
нескольких
частей
(рис.
119).
!,ля
их
и3готовления
пайка и
сварка
плавлением так}ке не
пригоднь1.
,|1,иффузионшую
сварку нагревателей
и импеллеров-разбрьтз-
гивателей,
изготовлег{ньтх и3
д|тс|1л|1цу|да
молибдена,
выпол'!яли
218
Рцс.
118. Ёаеревапелш
аз
0шсшлшцш0а
молт:60ена,
полученньР
0а'ффу'
зцонной
сваркой
Р
ьос' 1 1
9, 14 мпеллерььра'збрь!3?[!ва/пел!1