Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава
Припои системы Ti–Zr–Ni–Cu как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии находят широкое применение при пайке титана и его сплавов. Утверждается, что при пайке аморфными припоями создаются особые условия получения соединений. При этом не обсуждается вопрос влияния величины зазора под пайку. Эт...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102251 |
| 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: | Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. — 2013. — № 03 (719). — С. 30-35. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102251 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. 2016-06-11T18:45:18Z 2016-06-11T18:45:18Z 2013 Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. — 2013. — № 03 (719). — С. 30-35. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102251 621.791.044 Припои системы Ti–Zr–Ni–Cu как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии находят широкое применение при пайке титана и его сплавов. Утверждается, что при пайке аморфными припоями создаются особые условия получения соединений. При этом не обсуждается вопрос влияния величины зазора под пайку. Этот вопрос исследован в настоящей работе. Для проведения сравнительных металлографических исследований соединений были спаяны в вакууме специальные образцы с фиксированным переменным зазором титанового сплава марки ОТ4 (Ti–3Al–1,5Mn) с помощью припоя Ti–23Cu–12Zr–12Ni в аморфном и кристаллическом состоянии. Установлено, что микроструктура и химический состав фаз, кристаллизующихся в широком участке шва соединений, полученных с помощью аморфного припоя Ti–23Cu– 12Zr–12Ni, аналогичны структуре широких паяных швов, полученных с помощью литого припоя этого же состава. В структуре четко фиксируются первичные зерна твёрдого раствора и эвтектика. В капиллярных зазорах швом является диффузионная зона с общими зернами основного металла, обогащенными элементами припоя, как в случае пайки аморфным, так и кристаллическим припоем. Диффузионные процессы, протекающие на межфазной границе, находят подтверждение в полученных результатах рентгеноспектральных исследований. Так, при концентрации циркония в шве равном 16,39 мас. % на расстоянии примерно 100 мкм вглубь паяемого металла его концентрация уменьшается до 1,22 мас. %, а на расстоянии до 150 мкм цирконий вовсе не обнаруживается. На основании результатов металлографических исследований и рентгеноспектрального микроанализа титановых соединений, показано, что определяющим фактором при формировании микроструктуры паяных швов является величина паяльного зазора, которая обуславливает морфологическое строение шва. Библиогр. 8, табл. 5, рис. 8. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава Effect of gap value and initial state of brazing alloy of structure formation of titanium alloy brazed joints Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава |
| spellingShingle |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. Научно-технический раздел |
| title_short |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава |
| title_full |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава |
| title_fullStr |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава |
| title_full_unstemmed |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава |
| title_sort |
влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава |
| author |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. |
| author_facet |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Воронов, В.В. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Автоматическая сварка |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Effect of gap value and initial state of brazing alloy of structure formation of titanium alloy brazed joints |
| description |
Припои системы Ti–Zr–Ni–Cu как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии находят широкое применение при
пайке титана и его сплавов. Утверждается, что при пайке аморфными припоями создаются особые условия получения
соединений. При этом не обсуждается вопрос влияния величины зазора под пайку. Этот вопрос исследован в настоящей
работе. Для проведения сравнительных металлографических исследований соединений были спаяны в вакууме специальные
образцы с фиксированным переменным зазором титанового сплава марки ОТ4 (Ti–3Al–1,5Mn) с помощью припоя
Ti–23Cu–12Zr–12Ni в аморфном и кристаллическом состоянии. Установлено, что микроструктура и химический состав
фаз, кристаллизующихся в широком участке шва соединений, полученных с помощью аморфного припоя Ti–23Cu–
12Zr–12Ni, аналогичны структуре широких паяных швов, полученных с помощью литого припоя этого же состава.
В структуре четко фиксируются первичные зерна твёрдого раствора и эвтектика. В капиллярных зазорах швом является диффузионная зона с общими зернами основного металла, обогащенными элементами припоя, как в
случае пайки аморфным, так и кристаллическим припоем. Диффузионные процессы, протекающие на межфазной
границе, находят подтверждение в полученных результатах рентгеноспектральных исследований. Так, при концентрации циркония в шве равном 16,39 мас. % на расстоянии примерно 100 мкм вглубь паяемого металла его концентрация
уменьшается до 1,22 мас. %, а на расстоянии до 150 мкм цирконий вовсе не обнаруживается. На основании результатов
металлографических исследований и рентгеноспектрального микроанализа титановых соединений, показано, что
определяющим фактором при формировании микроструктуры паяных швов является величина паяльного зазора, которая
обуславливает морфологическое строение шва. Библиогр. 8, табл. 5, рис. 8.
|
| issn |
0005-111X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102251 |
| citation_txt |
Влияние величины зазора и исходного состояния припоя на структурообразование паяных соединений титанового сплава / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов, В.В. Воронов // Автоматическая сварка. — 2013. — № 03 (719). — С. 30-35. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT maksimovasv vliânieveličinyzazoraiishodnogosostoâniâpripoânastrukturoobrazovaniepaânyhsoedineniititanovogosplava AT horunovvf vliânieveličinyzazoraiishodnogosostoâniâpripoânastrukturoobrazovaniepaânyhsoedineniititanovogosplava AT voronovvv vliânieveličinyzazoraiishodnogosostoâniâpripoânastrukturoobrazovaniepaânyhsoedineniititanovogosplava AT maksimovasv effectofgapvalueandinitialstateofbrazingalloyofstructureformationoftitaniumalloybrazedjoints AT horunovvf effectofgapvalueandinitialstateofbrazingalloyofstructureformationoftitaniumalloybrazedjoints AT voronovvv effectofgapvalueandinitialstateofbrazingalloyofstructureformationoftitaniumalloybrazedjoints |
| first_indexed |
2025-11-26T16:23:44Z |
| last_indexed |
2025-11-26T16:23:44Z |
| _version_ |
1850627874709569536 |
| fulltext |
УДК 621.791.044
ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЗАЗОРА
И ИСХОДНОГО СОCТОЯНИЯ ПРИПОЯ
НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПАЯНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ТИТАНОВОГО СПЛАВА
С. В. МАКСИМОВА, В. Ф. ХОРУНОВ, В. В. ВОРОНОВ
ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Припои системы Ti–Zr–Ni–Cu как в аморфном, так и в кристаллическом состоянии находят широкое применение при
пайке титана и его сплавов. Утверждается, что при пайке аморфными припоями создаются особые условия получения
соединений. При этом не обсуждается вопрос влияния величины зазора под пайку. Этот вопрос исследован в настоящей
работе. Для проведения сравнительных металлографических исследований соединений были спаяны в вакууме специальные
образцы с фиксированным переменным зазором титанового сплава марки ОТ4 (Ti–3Al–1,5Mn) с помощью припоя
Ti–23Cu–12Zr–12Ni в аморфном и кристаллическом состоянии. Установлено, что микроструктура и химический состав
фаз, кристаллизующихся в широком участке шва соединений, полученных с помощью аморфного припоя Ti–23Cu–
12Zr–12Ni, аналогичны структуре широких паяных швов, полученных с помощью литого припоя этого же состава.
В структуре четко фиксируются первичные зерна твёрдого раствора и эвтектика. В капиллярных зазорах швом яв-
ляется диффузионная зона с общими зернами основного металла, обогащенными элементами припоя, как в
случае пайки аморфным, так и кристаллическим припоем. Диффузионные процессы, протекающие на межфазной
границе, находят подтверждение в полученных результатах рентгеноспектральных исследований. Так, при концен-
трации циркония в шве равном 16,39 мас. % на расстоянии примерно 100 мкм вглубь паяемого металла его концентрация
уменьшается до 1,22 мас. %, а на расстоянии до 150 мкм цирконий вовсе не обнаруживается. На основании результатов
металлографических исследований и рентгеноспектрального микроанализа титановых соединений, показано, что
определяющим фактором при формировании микроструктуры паяных швов является величина паяльного зазора, которая
обуславливает морфологическое строение шва. Библиогр. 8, табл. 5, рис. 8.
К л ю ч е в ы е с л о в а : титановый сплав, припой, пайка, величина зазора, соединение, аморфное и кристаллическое
состояние, паяный шов, микроструктура
Как правило, при пайке титановых сплавов ши-
роко используют припои в кристаллическом и
аморфном состоянии. Главным преимуществом
припоев с аморфной структурой является то, что
их получают в виде пластичных гомогенных (по
химическому составу) тонких лент (30…50 мкм)
даже из сплавов, содержащих хрупкие интерме-
таллидные или эвтектические фазы [1]. Это поз-
воляет изготавливать закладные элементы любой
формы, строго дозировать количество припоя и
паять очень тонкие материалы (например, тепло-
обменники, где толщина разделительной пласти-
ны около 0,08 мм). Благодаря высокой химичес-
кой однородности, припои с аморфной структурой
имеют узкие температурные интервалы плавле-
ния, что обеспечивает хорошее смачивание пая-
емой поверхности, уменьшает вероятность обра-
зования непропаев, и, таким образом, обеспе-
чивает высокую коррозионную стойкость и проч-
ность паяных соединений [2]. К таким припоям
принадлежат сплавы системы Ti–Zr–Ni–Cu, ко-
торые широко применяют при пайке титана и его
сплавов [3–6].
Цель настоящей работы — исследование вли-
яния величины паяльного зазора на структуро-
образование швов титанового сплава при исполь-
зовании припоев в аморфном и кристаллическом
состоянии.
Для получения паяных соединений в качестве
основного материала использовали титановый
псевдо α-сплав ОТ4 (Ti–3Al–1,5Mn), структура
которого представлена α-фазой и незначительным
количеством β-фазы (1…5 %). Он хорошо обра-
батывается в горячем и холодном состоянии и
используется в виде листов, полос и ленты.
Припой Ti–23Cu–12Zr–12Ni использовали в
аморфном (пластичная лента толщиной 30 мкм)
и кристаллическом состоянии (литой слиток из-
мельчали и использовали в виде кусочков). При-
пой выплавляли в лабораторной электродуговой
печи на медном водоохлаждаемом поду в атмос-
фере очищенного аргона. Каждый слиток переп-
лавляли не менее пяти раз для усреднения хи-
мического состава. В качестве исходных матери-
алов использовали титановую губку (99,9 %), йо-
дидный цирконий (99,9 %), никель электролити-
ческий (99,9 %), медь электролитическую
(99,9 %). Химический состав сплавов контроли-© С. В. Максимова, В. Ф. Хорунов, В. В. Воронов, 2013
30 3/2013
ровали с помощью флуоресцентного рентгенос-
пектрального анализа на спектрометре VRA-30.
Перед пайкой титановые пластины (толщина
2 мм) подвергали механической очистке и соби-
рали таким образом, чтобы в зазоре между плас-
тинами с одной стороны находилась фольга тан-
тала шириной 150 мкм (для фиксации максималь-
ной величины зазора), а с противоположной сто-
роны между паяемыми пластинами образовывал-
ся капиллярный зазор. После этого их прихва-
тывали на контактной машине с помощью тан-
таловой ленты.
Для проведения металлографических исследо-
ваний паяли нахлесточные соединения с перемен-
ным фиксированным зазором (рис. 1).
Припой в аморфном состоянии в виде лент
укладывали между паяемыми пластинами тита-
нового сплава (рис. 1, а), в литом — в виде от-
дельных кусочков располагали на паяемой плас-
тине у зазора (рис. 1, б). При нагреве припой с
литой структурой расплавлялся и за счет капил-
лярных сил затекал в паяемый зазор. Пайку об-
разцов осуществляли в вакуумной печи при тем-
пературе 1000 °С, время выдержки составляло
10 мин, степень разрежения рабочего простран-
ства — (2…5)⋅10–3 Па. Охлаждение образцов в
интервале температур 1000…600 оС осуществля-
ли со скоростью 35…40 °С/мин. Металлографи-
ческие исследования проводили с помощью ска-
нирующего электронного микроскопа CamScan-4
(Англия), оснащенного энергодисперсионным
анализатором ENERGY 200 с программным обес-
печением INCA и JSM 840 фирмы «Jeol», снаб-
женного рентгеновским микроанализатором сис-
темы Link с волновым спектрометром Ortec.
Исследование химической неоднородности
быстрозакаленной ленты Ti–23Cu–12Zr–12Ni в
исходном состоянии подтверждает гомогенное
распределение составляющих легирующих эле-
ментов по ее ширине вдоль линии сканирования
(рис. 2, а, б) [7, 8]. В кристаллическом состоянии
структура данного сплава состоит из трех фаз
(рис. 2, в, табл. 1).
При визуальном осмотре паяных образцов от-
мечено хорошее смачивание паяемого материала,
образование плавных галтелей, отсутствие дефек-
тов. В соединениях, полученных с помощью быс-
трозакаленного припоя в аморфном состоянии,
как правило, формируются незначительные по
размеру галтели.
При постоянных температурно-временных па-
раметрах технологического процесса пайки в гал-
тельных участках и широких зазорах характер зат-
вердевания жидкого припоя и морфологические
особенности структурообразования близки.
Так, при пайке литым припоем наблюдали пол-
ные галтели, прямую и обратную (рис. 3, а, б).
Рис. 1. Схемы образцов для проведения металлографических
исследований с использованием припоя в аморфном (а) и
литом (б) состоянии: 1 — припой; 2 — закладной элемент для
фиксации зазора
Рис. 2. Микроструктуры припоя в аморфном (а), кристаллическом (в) состоянии и характер распределения составлящих
элементов (б) аморфного припоя
Та б л и ц а 1. Химический состав структурных составля-
ющих литого припоя, мас. %
Исследуемый участок Ti Zr Cu Ni
Зерна дисперсные (темные) 76,70 8,33 9,92 5,05
Фаза по границам (светлая) 53,05 14,41 18,8 13,74
Эвтектика 59,48 5,78 26,0 8,74
3/2013 31
Металлографические исследования и изучение
химической неоднородности показали, что коли-
чество структурных составляющих и их химичес-
кий состав в галтельном участке и широком па-
яном шве практически одинаковы (табл. 2). В дан-
ных участках отношение количества жидкого ме-
талла припоя к поверхности контакта с основным
металлом достаточно велико, что замедляет про-
текание выравнивающих диффузионных процес-
сов. Металл шва кристаллизуется в соответствии
с основными закономерностями затвердения ли-
тых металлов и сплавов.
При пайке быстрозакаленным припоем в амор-
фном состоянии в широком зазоре (40…10 мкм),
наблюдаются те же структурные составляющие
(рис. 4, а), что и при пайке припоем в кристал-
лическом состоянии в широком зазоре (рис. 4,
б). В первую очередь кристаллизуется первичная
фаза в виде дендритов на основе титана
(54,61…54,59 мас. %), содержащих медь, никель,
цирконий (соответственно: 27,71; 7,91; 9,49 мас.
%) (см. спектр 2 на рис. 4, а, б, табл. 2). Затем
в междендритных пространствах кристаллизуется
более легкоплавкая фаза — эвтектика, в которой
определено повышенное содержание циркония
(23,12…24,4 мас. %). Более детальное исследо-
вание эвтектического участка показало, что одной
из составляющих является светлая фаза сложного
состава, обогащенная цирконием (27,9 мас. %),
содержащая остальные элементы припоя (спектр
3 на рис. 5, табл. 3).
Второй составляющей эвтектики является тем-
ная фаза, которая кристаллизуется в виде дис-
персных включений 0,4…1,6 мкм (см. спектр 4,
5 на рис. 5, табл. 3), концентрация циркония в
ней снижается до 19,5…20,87 мас. %.
Следует отметить, что в паяных швах и в гал-
тельных участках в незначительных количествах
присутствуют алюминий и марганец — состав-
ляющие элементы паяемого титанового сплава.
Это можно объяснить взаимными диффузионны-
ми процессами между паяемым материалом и
припоем, протекающими во время пайки на меж-
фазной границе, приводящими к ликвационной
Рис. 3. Микроструктуры обратной (а) и прямой (б) галтели паяного соединения, выполненного припоем с кристаллической
структурой
Рис. 4. Микроструктура участка паяного шва, выполненного припоем с аморфной (а), кристаллической (б) структурой
Рис. 5. Микроструктура эвтектического участка паяного шва,
выполненного припоем с кристаллической структурой
32 3/2013
химической неоднородности, появлению неравно-
весных структур, поскольку кристаллизация ме-
талла паяного шва и галтельного участка проте-
кает в неравновесных условиях.
При постоянном режиме пайки (одинаковой
температуре, выдержке, скорости нагрева и ох-
лаждения) уменьшение ширины паяльного зазора
(до 4…5 мкм) приводит к изменению морфоло-
гического строения паяных швов, полученных при
использовании припоя с аморфной (рис. 6, а, в)
и кристаллической структурой в одинаковой сте-
пени (см. рис. 6, б, г).
Эвтектические участки в классическом пони-
мании отсутствуют. Наблюдается плоский фронт
кристаллизации паяного шва с образованием
двухфазной структуры (см. рис. 6, а, б, табл. 4).
Уменьшение зазора сокращает пути диффузии в
жидком припое, что способствует выравниванию
его химического состава по ширине паяного шва.
Т а б л и ц а 3. Химическая неоднородность эвтектичес-
кого участка паяного шва, выполненного припоем с
кристаллической структурой
Номер
спектра Al Ti Mn Ni Cu Zr
1 0,43 54,94 0,04 8,52 28,53 7,54
2 1,06 47,85 0,58 13,62 13,53 23,36
3 1,08 39,68 0,45 16,54 14,35 27,91
4 0,60 46 0,31 13,24 20,35 19,5
5 1,15 52,39 0,38 12 13,23 20,87
Та б л и ц а 2. Химическая неоднородность участков пая-
ных соединений, мас. %
Номер
спектра Al Ti Mn Ni Cu Zr
Галтельный участок (припой с кристаллической структурой,
рис. 3, б)
1 0,44 57,06 — 6,4 30,75 5,34
2 1,51 44,81 0,73 13,37 15,82 23,76
3 2 73,08 0,47 5,29 11,74 7,42
Паяный шов (припой с аморфной структурой, рис. 4, а)
1 0,87 50,23 — 10,43 22,9 15,58
2 0,38 54,59 — 7,91 27,71 9,41
3 1,35 46,20 0,47 12,86 14,72 24,4
4 1,81 76,08 0,55 4,47 9,93 7,17
5 0,73 60,90 — 7,01 25,82 5,54
6 1,86 77 0,38 4,56 10,16 6,04
7 1,87 75,34 1,06 5,50 6,01 10,22
Паяный шов (припой с кристаллической структурой, рис. 4, б)
1 0,64 51,25 0,2 10,63 22,35 14,94
2 0,33 54,61 0,13 8,5 28,84 7,59
3 1,11 46,01 0,47 13,61 15,69 23,12
Рис. 6. Микроструктуры паяного шва при уменьшении паяльного зазора, выполненных припоем с аморфной (а, в) и
кристаллической структурой (б, г)
3/2013 33
Дальнейшее уменьшение паяльного зазора при
использовании припоя с аморфной структурой
приводит к сужению шва и в капиллярном (прак-
тически нулевом) зазоре наблюдается диффузион-
ная зона из общих зерен основного металла, ко-
торая и является паяным швом. Общие зерна
основного металла содержат повышенное коли-
чество алюминия — 2,11 мас. % и пониженное
количество составляющих элементов припоя (см.
спектр 1 на рис. 6, в, табл. 4). Такая структура
обусловлена тем, что припой и паяемый материал
имеют общую металлическую основу — титан.
Благодаря дифузионным процессам концентрация
составляющих элементов припоя в этой зоне су-
щественно снижается: цирконий до 6,67; медь до
7,93; никель до 3,19 мас. %. Металлографические
исследования и рентгеноспектральный микроана-
лиз подтверждают подобное формирование пая-
ного шва и при использовании рассматриваемого
припоя в кристаллическом состоянии.
Во время пайки литой припой расплавляется,
за счет капиллярных сил затекает в практически
нулевой зазор и образует обратную галтель. В
этом участке соединения шва как такового нет,
а наблюдается диффузионная зона в виде общих
сросшихся зерен основного металла на основе ти-
тана (см. рис. 6, г), обогащенных цирконием —
4,39 мас. % (см. спектр 3 на рис. 6, г, табл. 4),
как и при использовании припоя с аморфной
структурой.
В основном металле концентрация циркония
снижается с увеличением расстояния от паяного
шва. Так, в шве концентрация циркония состав-
ляет 16,39 мас. %, при удалении от шва (в пер-
пендикулярном направлении, на расстояние при-
мерно 100 мкм) его концентрация уменьшается
и составляет 1,22 мас. %, а на расстоянии до
150 мкм цирконий не обнаруживается (спектр 4
на рис. 7, табл. 5).
Полученные данные рентгеноспектрального
микроанализа свидетельствуют о высокой диф-
фузионной активности циркония, его способности
проникать на большую глубину в титановый
сплав, что объясняется неограниченной раство-
римостью титана и циркония в широком интер-
вале концентраций. Результаты приведенных ис-
следований выявили, что в диффузионной зоне
всегда присутствуют составляющие элементы
припоя, но в малых концентрациях.
На основании результатов проведенных метал-
лографических исследований и рентгеноспект-
рального микроанализа установлено, что струк-
тура металла шва паяных титановых соединений,
полученных с помощью рассмотренного припоя
(постоянный режим вакуумной пайки), зависит от
ширины паяльного зазора. Чем меньше паяльный
зазор, тем ближе структура металла шва к струк-
туре основного металла.
Морфологические особенности и химический
состав фаз, кристаллизующихся в широком учас-
тке шва соединений, полученных с помощью при-
поя Ti–23Cu–12Zr–12Ni в аморфном состоянии,
Т а б л и ц а 4. Химическая неоднородность паяных швов
при уменьшении паяльного зазора, мас. %
Номер
спектра Al Ti Mn Ni Cu Zr
Припой с аморфной структурой, рис. 6, а
1 0,64 55,03 — 6,53 26,66 11,15
2 1,86 75,93 0,55 4,49 8,49 8,68
3 3,4 85,98 0,56 2,64 5,03 2,38
Припой с кристаллический структурой, рис. 6, б
1 1,73 39,04 0,39 12,8 17,44 28,6
2 0,4 54,99 — 7,34 27,73 9,53
3 2,79 84,16 0,39 1,41 2,72 8,52
Припой с аморфной структурой, рис. 6, в
1 2,11 79,6 0,5 3,19 7,93 6,67
2 3,33 91,69 — — 2,47 2,51
3 2,02 79,52 1,36 4,9 6,81 5,4
Припой с кристаллической структурой, рис. 6, д
1 0,58 56,51 — 6,58 30,16 6,15
2 2,01 76,25 — 4,08 11,16 6,5
3 2,13 80,63 0,51 3,48 8,86 4,39
4 3 89,08 — 1,53 4,43 1,96
Рис. 7. Микроструктура паяного соединения, выполненного
аморфным припоем
Т а б л и ц а 5. Химическая неоднородность паяного сое-
динения, выполненного аморфным припоем, мас. %
Номер
спектра Al Ti Mn Ni Cu Zr
1 0,68 49,61 — 12,15 21,17 16,39
2 1,92 78,4 — 4,97 9,16 5,56
3 3,22 89,1 0,74 2,6 3,13 1,22
4 3,67 95,41 0,91 — — —
34 3/2013
аналогичен структуре широких паяных швов, по-
лученных с помощью припоя в литом состоянии.
В больших зазорах преобладает объемная крис-
таллизация металла, аналогичная кристаллизации
металла в слитке.
Типичным примером формирования паяных
швов с переменным зазором (припой толщиной
30 мкм, аморфное состояние) являются паяные
соединения тонкостенных элементов сложной ге-
ометрической формы (рис. 8, а, б), иллюстриру-
ющие морфологические особенности структуро-
образования, приведенные выше. Следует отме-
тить, что использование припоев системы Ti–Zr–
Ni–Cu в аморфном состоянии в виде тонких плас-
тичных лент важно при пайке тонкостенных эле-
ментов теплообменных титановых устройств, ког-
да необходимо строго соблюдать параметры па-
яльных зазоров с одновременным получением (за
один цикл нагрева) многочисленных плотных па-
яных швов.
Таким образом, по результатам металлографи-
ческих исследований паяных соединений титано-
вого сплава с переменным зазором установлено,
что при вакуумной пайке припоем Ti–23Cu–12Zr–
12Ni в аморфном и кристаллическом состоянии
обеспечивается хорошее формирование паяных
соединений, получение плотных качественных
швов, отсутствие каких-либо дефектов. Пластич-
ные тонкие (30…50 мкм) припои в аморфном сос-
тоянии обеспечивают стабильную ширину паяль-
ного зазора.
Микроструктура и морфологические особеннос-
ти швов, полученных при постоянных температур-
но-временных параметрах технологического про-
цесса пайки, зависят от ширины паяльного зазора,
а не от агрегатного состояния припоя. Исследо-
вания паяных соединений с переменным зазором
показали, что в широких зазорах и галтельных
участках, содержащих большее количество при-
поя, формируется микроструктура, характерная
для литого металла с образованием эвтектической
составляющей (при использовании припоя как в
аморфном, так и в кристаллическом состоянии).
В капиллярных зазорах швом является диффу-
зионная зона с общими зернами основного ме-
талла, обогащенными элементами припоя как при
пайке в аморфном, так и кристаллическом
состоянии.
1. Ковнеристий Ю. К. Аморфные стеклообразные металли-
ческие материалы. — М.: Наука, 1992. — 190 с.
2. Калин Б. А., Севрюков О. Н., Федотов В. Т. Аморфные
ленточные припои для высокотемпературной пайки.
Опыт разработки технологии производства и примене-
ния // Свароч. пр-во. — 1996. — № 1. — С. 15–19.
3. Быстрозакаленные припои для пайки металлических
конструкций / Б. А. Калин, В. Т. Федотов, О. Н. Севрю-
ков, А. Н. Плющев // Перспективные материалы. —
2001. — № 6. — С. 82–87.
4. Калин Б. А., Севрюков О. Н., Федотов В. Т. Пайка тонко-
листовых конструкций из титановых сплавов аморфны-
ми припоями СТЕМЕТ // Свароч. пр-во. — 1996. — № 9.
— С. 23–24.
5. Хорунов В. Ф., Максимова С. В. Получение и примене-
ние быстрозакаленных припоев // Там же. — 2005. —
№ 12. — С. 25–30.
6. Новые аморфные припои для пайки титана и его сплавов
/ Б. А. Калин, О. Н. Севрюков, В. Т. Федотов и др. // Там
же. — 2001. — № 3. — С. 37–39.
7. Шпак А. П., Куницкий Ю. А., Лысов В. И. Кластерные и
наноструктурные материалы. — Киев: Академпериоди-
ка, 2002. — Т.2. — 540 с.
8. Максимова С. В. Аморфные припои для пайки нержаве-
ющей стали и титана и структура паяных соединений //
Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2007. —
№ 40. — С. 70–81.
Поступила в редакцию 13.12.2013
Рис. 8. Микроструктуры паяного фрагмента пластинчато-ребристого титанового теплообменника: а — общий вид соединения
с галтельными участками; б — центральная зона шва
3/2013 35
|