Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали
Виконано паяння при 900 °С у вакуумi (10^−3 Па) за допомогою титанвмiщуючих припоїв. При тому ж режимi були вимiрянi термiчнi розширення рiзних сталей автоматичним вакуумним дилатометром при 20–900–20 °С. Мiцнiсть на згин з’єднання Si3N4/сталь III (хiмiчний склад сталi: 0,3% С, 3% Cr, 0,4% Mn, 3% Ni...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29706 |
| 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: | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали / Ю.В. Найдич, Ю.В. Мильман, Б.Д. Костюк, С.А. Москаленко, В.А. Гончарук // Доп. НАН України. — 2010. — № 5. — С. 101-108. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860020066588819456 |
|---|---|
| author | Найдич, Ю.В. Мильман, Ю.В. Костюк, Б.Д. Москаленко, С.А. Гончарук, В.А. |
| author_facet | Найдич, Ю.В. Мильман, Ю.В. Костюк, Б.Д. Москаленко, С.А. Гончарук, В.А. |
| citation_txt | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали / Ю.В. Найдич, Ю.В. Мильман, Б.Д. Костюк, С.А. Москаленко, В.А. Гончарук // Доп. НАН України. — 2010. — № 5. — С. 101-108. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Виконано паяння при 900 °С у вакуумi (10^−3 Па) за допомогою титанвмiщуючих припоїв. При тому ж режимi були вимiрянi термiчнi розширення рiзних сталей автоматичним вакуумним дилатометром при 20–900–20 °С. Мiцнiсть на згин з’єднання Si3N4/сталь III (хiмiчний склад сталi: 0,3% С, 3% Cr, 0,4% Mn, 3% Ni, 0,5% Mo) була набагато бiльшою, нiж для iнших сталей. Тiльки в сталi III спостерiгалося iнтенсивне мартенситне перетворення. Виконанi спецiальнi дослiдження механiчних властивостей сталi III при рiзних температурах. Розроблена концепцiя розумiння явища високої мiцностi з’єднання Si3N4/сталь III. Ми впевненi, що причиною цього є спецiальнi умови пружнопластичної деформацiї в контактнiй зонi металевої частини з’єднання, якi викликанi мартенситним перетворенням (ефект псевдопластичностi, явище, подiбне ефекту пам’ятi форми) i дуже високою пластичнiстю сталi в аустенiтнiй фазi до мартенситного перетворення. Цi фактори забезпечують релаксацiї напружень, що призводять до збiльшення мiцностi спаю.
The strength of brazed Si3N4/steel joints is investigated when the thermal expansion coefficients (TEC) of materials to be joined are significantly different (TEC = (1.5–2) · 10^−6/°C for Si3N4 ceramics and TEC = 10.5 · 10^−6/°C–13.2 · 10^−6/°C for 3 investigated steels). Brazing process was carried out at 900 °C in vacuum (10^−3 Pa) with the aid of titanium-containing solders. At the same regime, thermoexpansion of various steels was measured by automatic vacuum dilatometer at 20–900–20 °C. The bend strength for the joint Si3N4/steel III (chemical composition of steel III is 0.3% C, 3% Cr, 0.4% Mn, 3% Ni, 0.5% Mo) was much more than that for other steels. Only in this steel, the intensive martensitic transformation was observed. Special investigations of mechanical properties of steel III are carried out at various temperatures. The reason for the phenomenon of high strength of the joint Si3N4/steel III is the special stress-strain-deformability conditions in the contact zone of the metal part of the joint, caused by the martensitic transformation (effect of pseudoelasticity like the effect of form memory) and very high plasticity of the steel in the austenitic phase before the martensitic transformation. These factors promote the strain relaxation and increase the joint strength strongly.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:47:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.3
© 2010
Академик НАН Украины Ю.В. Найдич,
член-корреспондент НАН Украины Ю.В. Мильман, Б. Д. Костюк,
С.А. Москаленко, В. А. Гончарук
Прочность паяных сочленений нитридокремниевой
керамики со сталью и влияние мартенситного
превращения и аномалий механических свойств стали
Виконано паяння при 900 ◦С у вакуумi (10−3 Па) за допомогою титанвмiщуючих при-
поїв. При тому ж режимi були вимiрянi термiчнi розширення рiзних сталей авто-
матичним вакуумним дилатометром при 20–900–20 ◦С. Мiцнiсть на згин з’єднання
Si3N4/сталь III (хiмiчний склад сталi: 0,3% С, 3% Cr, 0,4% Mn, 3% Ni, 0,5% Mo) була
набагато бiльшою, нiж для iнших сталей. Тiльки в сталi III спостерiгалося iнтенсивне
мартенситне перетворення. Виконанi спецiальнi дослiдження механiчних властивос-
тей сталi III при рiзних температурах. Розроблена концепцiя розумiння явища висо-
кої мiцностi з’єднання Si3N4/сталь III. Ми впевненi, що причиною цього є спецiальнi
умови пружнопластичної деформацiї в контактнiй зонi металевої частини з’єднання,
якi викликанi мартенситним перетворенням (ефект псевдопластичностi, явище, по-
дiбне ефекту пам’ятi форми) i дуже високою пластичнiстю сталi в аустенiтнiй фазi
до мартенситного перетворення. Цi фактори забезпечують релаксацiї напружень, що
призводять до збiльшення мiцностi спаю.
1. Конструкционная нитридо-кремниевая керамика (Si3N4) — высокопрочный, высокоизно-
со- и термостойкий материал. Эти характеристики делают его перспективным для техниче-
ского использования в машиностроении и в других областях техники. Широкое применение
керамики ограничивается, в значительной степени, трудностями прочного соединения ке-
рамической детали с металлом (прежде всего пайкой и сваркой).
При пайке керамики с металлом с помощью жидкофазного припоя основные пробле-
мы состоят в достижении высокого смачивания керамики расплавом припоя и уменьшении
остаточных напряжений в соединении, которые возникают из-за несоответствия коэффи-
циента термического расширения между керамикой и металлической частью конструкции
(керамика Si3N4 — материал с чрезвычайно низким термическим расширением, коэффи-
циент термического расширения (КТР) — 2 ÷ 2,5 · 10−6 ◦C−1).
Достаточно высокая смачиваемость обеспечивается введением в расплав элементов
(обычно титан) с высоким химическим сродством к атомам керамического материала.
Напряжение в соединении может быть уменьшено несколькими путями: использование
металла — прокладки с высокой пластичностью (Cu) или высокодеформируемой прослой-
кой, изготовленной из металлического волокна или проволочных пружин [1], использование
в качестве металлической части соединения материалов с низким значением термического
расширения (Мо, W, инвар) [2], хотя КТР этих металлов и сплава также плохо сочетается
с КТР нитрида кремния.
Есть еще одна возможность: использовать изменение (увеличение) объема при мартен-
ситном превращении в стали, чтобы компенсировать чисто термическую усадку при охлаж-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №5 101
дении спая после пайки. Эта идея впервые была предложена еще в шестидесятых годах
прошлого столетия И. Яновским и др. [3], С.Н. Лоцмановым и И. Е. Петруниным [4] для
пайки твердосплавных режущих пластин. КТР WC–Co твердых сплавов мал и составляет
6÷7·10−6/◦С. Вместо обычной углеродистой стали (КТР = 13÷15·10−6/◦С) в качестве дер-
жавки была использована специальная легированная сталь состава 0,3% С, 1% Сr, 1% Mn,
1% Si (марка 30 ХГСА) с закалкой ее при охлаждении на мартенсит. Это, как утверждают
авторы [3], приводило к увеличению прочности паяных соединений и объяснялось компен-
сацией термического сжатия при охлаждении после пайки (900 ◦С) увеличением объема за
счет фазового перехода аустенит — мартенсит. Японские исследователи М. Ito и M. Tani-
guchi [5] использовали сталь состава 0,3% С, 3% Сr, 3% Ni, 0,5% Mo, 0,4% Mn для пайки
керамики Si3N4. Прочность соединения при сдвиге была достаточно высокой: ∼ 250 МПа
(только одна цифра прочности указана в опубликованной статье, статистической обработки
данных измерений не было проведено). Результаты были объяснены аналогичным образцом
(уменьшение разницы КТР керамики и стали).
Целью нашей работы было, прежде всего, проверить полученные данные для сочетания
специальной стали и Si3N4.
Мы провели детальное исследование прочности паяных соединений Si3N4 керамика/
сталь разного состава: была проведена также статистическая обработка результатов (по
Вейбулу), которая показала количественно, что для специальных легированных сталей
можно получить достаточно прочные паяные соединения. Это составляло первый этап ра-
боты. Однако тонкий механизм формирования высокой прочности соединения стали с мар-
тенситным превращением не совсем ясен и, вероятно, сводится не только (и не столько)
к уменьшению общего коэффициента термического расширения металлической части сое-
динения и приближения его к КТР нитрида кремния. Необходимо специальное рассмотре-
ние прочностно-напряженно-деформационного состояния в соединении. В этой работе мы
исследовали и обсудили этот вопрос.
2. Некоторые общие соображения. Прежде всего, мы должны оценить саму возмож-
ность заметно уменьшить коэффициент термического расширения стали при мартенситном
превращении, чтобы компенсировать термическое сжатие (при охлаждении).
Термическое изменение размера ∆L/L = ∆Tα, где ∆L — изменение длины образца;
∆T — температурный интервал; α — КТР. Если ∆T ∼ 900 ◦С (типичное для процесса пайки)
и α ∼ 15 · 10−6 ◦С−1 (для стали), укорочение при охлаждении будет: ∆L/L ∼ 1,35 · 10−2
(1,35%).
Объем стали с 0,3–0,7% углерода увеличивается при мартенситном превращении
∆V/V ∼ 0,03–0,05 или изменение линейного размера — ∆L/L = 0,01–0,013, т. е. 1–1,3%;
таким образом, эти величины близки к термическому эффекту уменьшения длины при
охлаждении и, в принципе, изменение объема при мартенситном превращении может ком-
пенсировать в определенной степени термический эффект. Заметим также, что при аусте-
нитно-перлитном превращении изменение (увеличение) объема меньше ∼ 0,02–0,025.
Процесс аустенитно-мартенситного превращения зависит от скорости охлаждения, но
для некоторых специальных легированных сталей мартенситное превращение происходит,
когда скорость охлаждения не столь высока и нет необходимости проводить закалку стали.
3. Экспериментальные результаты и их обсуждение. Для исследований были
выбраны три марки стали: обычная углеродистая сталь (∼ 0,4% С): сталь I. Сталь, подобная
использованной в [4], состава: 0,3% С, 1% Cr, 1% Mn, 1% Si (сталь 30ХГСА): сталь II. Сталь,
аналогичная [5], 0,3% С, 3% Cr, 0.4% Mn, 3% Ni, 0,5% Mo: сталь III.
102 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №5
Рис. 1. Термическое расширение различных типов стали: I — сталь I; II — сталь II; III — сталь III
Термическое расширение каждой стали было измерено вакуумным автоматическим ди-
латометром. Данные представлены на рис. 1.
Для пайки был выбран припой на основе меди, который содержит 10–15% олова, неболь-
шие количества Pb, Ni и 4–6% титана. Припой был в порошковом виде, разведен в специаль-
ном органическом биндере, который позволяет легко оперировать при сборке деталей перед
пайкой. Смачивание керамики Si3N4 было частично исследовано ранее: уточненные данные
получены в данной работе, результаты представлены в табл. 1 [6]. Были достигнуты низкие
контактные углы смачивания.
Для пайки использованы пластины 3 × 10 × 20 мм горячепрессованной нитридо-крем-
ниевой керамики с прочностью на изгиб около 800 МПа и α = 2,5 · 10−6 ◦С−1; стальные
Таблица 1. Смачивание (контактный угол) керамики Si3N4 сплавами Cu−Sn−Pb−Ni−Ti; T = 900
◦C
Состав сплава θ, ◦
Cu — 20% (ат.) Sn 132
Cu — 20 %(ат.) Sn — 2 % (ат.) Ti 40
Cu — 20 % (ат.) Sn — 4 % (ат.) Ti 10
Cu−Sn−Pb−Ni−Ti
∗
< 10
∗ Сплав, применяемый для пайки в этой работе.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №5 103
Рис. 2. Статистические зависимости (по Вейбулу) прочности паяных соединений нитрида кремния со ста-
лями: а — сталь I; б — сталь II; в — сталь III
образцы для пайки были той же формы и размеров. Для соединения использована сторона
3×20 мм. Процесс пайки выполнен в высоковакуумной печи при давлении около 2 ·10−3 Ра
и температуре 850–950 ◦С. Паяные металлокерамические образцы размером 3× 10× 20 мм
были разрезаны алмазным кругом в плоскости, перпендикулярной к соединению. Образцы,
полученные после этого, были отшлифованы и отполированы до размера 2,6× 3,8× 20 мм
с площадью под пайку 2,6 × 3,8 мм2. Прочность на изгиб была измерена по трехточечной
схеме нагружения в специальном устройстве с рабочей базой образца 16 мм при комна-
тной температуре и скорости нагружения 5 мм/мин. Разрушение, как правило, происхо-
дит по телу керамики вблизи плоскости соединения. Прочность вычислена по уравнению:
σ = 1,5(Pl/bh2), где P — нагрузка, Н; l — база, мм; b — ширина образца, мм; h — высота
образца, мм. Полученные данные прочности были обработаны с использованием статистики
по Вейбулу, давая дополнительную информацию о величине и характере рассеяния значе-
ний прочности. Результаты представлены на рис. 2. Значения прочности паяных соединений
следующие: средняя прочность равна 228 МПа у стали III (максимальная величина про-
чности равна 240 МПа с достаточно высоким модулем Вейбула — 6,5), 32,25 МПа у стали
II и 26,4 МПа у стали I. Соотношение между свойствами стали и прочностью паяного со-
единения для изучаемой стали и для некоторых других материалов, использованных как
металлическая часть соединений с керамикой Si3N4, представлены в табл. 2.
104 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №5
Главный результат заключается в том, что прочность при изгибе паяного соединения
сталь III/Si3N4 достаточно высока (228±48 МПа) и значительно больше, почти на порядок,
чем для стали I и стали II (32,25 и 26,4 МПа соответственно). Такое большое различие
требует специального анализа.
Средний коэффициент термического расширения для каждого типа стали в темпера-
турном интервале 20–900 ◦С при охлаждении благодаря эффекту мартенситного (или пер-
литного) превращения составил: 10,5 · 10−6/◦С для стали III; 13,5 · 10−6/◦С для стали II
и 13,2 · 10−6/◦С для стали I. Очевидно, что небольшое понижение коэффициента термиче-
ского расширения специальной стали (сталь III) относительно обычной углеродистой стали
(сталь I или сталь II), не может вызвать такое большое повышение прочности паяного сое-
динения. Представляется, что некоторые особенности в изменении объема при охлаждении
и протекании мартенситного превращения для стали III, по сравнению со сталью I и сталью
II, а также отрицательное значение КТР в узкой области температур 275–360 ◦С также не
объясняет причину высокой прочности соединения сталь III/керамика.
Заметим, что для пары Мо/Si3N4 с точки зрения соответствия коэффициента терми-
ческого расширения ситуация даже более выгодная (см. табл. 2). Но, согласно нашим эк-
спериментам и литературным данным, прочность паяных соединений этой комбинации со-
ставляет только 50–80 МПа.
Сталь III может быть предпочтительной потому, что мартенситное превращение проис-
ходит при низкомтемпературном интервале ∼ 300–400 ◦С когда пластичность стали низкая,
но с другой стороны, при температурном интервале 300–20 ◦С коэффициент термического
расширения Стали III снова достаточно высокий 6÷7 ·10−6/◦С и для пары инвар/керамика
Si3N4 в том же температурном интервале несоответствие коэффициентов термического ра-
сширения меньшее: КТР сплавов инвар — (2,1 ÷ 1)g · 10−6/◦С (см. табл. 2), но прочность
керамических соединений инвар/Si3N4 составляет только ∼ 80–100 МПа (некоторые пая-
ные комбинации аустенитной стали Х5NiCo2918 с Si3N4 показывают величину прочности
90 МПа, согласно [7]; для случая стали Х5CrNi1810 прочность составляет 149 МПа [8].
Таблица 2. Прочность на изгиб паяных металлнитридокремниевых соединений (припой Cu−Sn−Pb−Ni−Ti)
Соединяемый
металл
Прочность
паяных
соединений,
MПa
Температура
мартенситного
превращения,
◦C
Изменение
объема при
фазовом
превращении, %
Линейный коэффициент
термического расширения
металлической составляющей
в температурном интервале
Сталь I 26,4 750–650 0,75∗
13,2 · 10
−6/K (900–20 ◦C)
Сталь II 32,2 700–600 1,00∗
13,5 · 10
−6/K (900–20 ◦C)
Сталь III 228 380–300 1,26 10,5 · 10
−6/K (900–20 ◦C)
19,5 · 10
−6/K (900–400 ◦C)
−3 · 10−6/K (380–20 ◦C)
6 · 10
−6/K (300–20 ◦C)
7,5 · 10
−6/K (200–20 ◦C)
Инвар 50–100∗∗ — — 12,5·10−6/K (900–20 ◦C)
17 · 10
−6/K (900–400 ◦C)
5 · 10−6/K (380–20 ◦C)
2,1 · 10
−6/K (300–20 ◦C)
∼ 1 · 10
−6/K (200–20 ◦C)
Mo 50–80∗∗ — — 5,5 · 10
−6/K (900–20 ◦C)
∗ Аустенитно-перлитное превращение.
∗∗ Наши данные (прямая пайка припоями Cu−Ag−Ti или Cu−Sn−Ti).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №5 105
Рис. 3. Предел текучести стали III. Снято на одном образце в процессе нагрева, а на другом — в процессе
охлаждения от 890 ◦С (выдержка 30 мин) до соответствующей температуры
Анализируя представленные выше данные, можно отметить, что провести прямое сопо-
ставление разницы КТР керамической и металлической части паяного соединения и проч-
ности полученного спая либо невозможно вообще, либо корреляция этих параметров очень
приближенная или даже противоречивая.
Таким образом, следует считать, что кроме лучшего соответствия КТР соединяемых
материалов Si3N4 — сталь, действуют и другие факторы формирования прочного паяно-
го шва. Мы полагаем, что это должны быть особые свойства стали (или других сплавов)
в процессе мартенситного превращения — значительно большая деформативность металла,
вызванная резким снижением предела текучести, эффект сверхупругости (псевдоупруго-
сти) стали, релаксация напряжений [9]. Эти положения требуют экспериментального под-
тверждения.
Поэтому были проведены специальные измерения механических свойств стали III. Был
измерен предел текучести при растяжении в широком интервале температур (20–900 ◦С)
при нагреве и охлаждении. Эксперименты проведены в установке с нагревом в высоком
вакууме (форма образцов — стандартная; диаметр 3 мм, рабочая длина 16 мм). Данные
представлены на рис. 3. Основным результатом является обнаруженный резко снижен-
ный предел текучести стали после охлаждения в интервале мартенситного превращения
400–500 ◦С. Так, при температуре 450 ◦С (при охлаждении от 900 ◦С) σ(0,2)тек составляет
18 кг/мм2 (180 МПа). При этой же температуре при нагреве эта цифра более чем в 5 раз
выше и составляет 110 кг/мм2 (1100 МПа). Эта последняя цифра соответствует пределу те-
кучести обычной углеродистой стали (например, сталь 45). На рис. 4 представлены кривые
нагрузки — деформации (удлинение и движение захватов) при температуре 450 ◦С в про-
цессе нагрева и при той же температуре, но после нагрева до 900 ◦С. Перемещение захва-
тов в первом случае составляет 2,84 мм, во втором — 7,82 мм, т. е. деформируемость стали
в 2,75 раз выше. Обобщенные данные представлены в табл. 3, которые свидетельствуют, что
в процессе мартенситного превращения (это видно по кривым зависимости удлинения ста-
ли от температуры при дилатометрическом исследовании, рис. 1) деформируемость стали
резко увеличена, и напряжения при этом резко снижены (возможно, проявление эффекта
сверхупругости (псевдоупругости)).
106 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №5
Рис. 4. Кривые нагружения при различных режимах механических испытаний
Таблица 3. Механические свойства стали Fe−0,3%C−3%Cr−3%Ni−0,5Mo−0,4Mn (сталь III) при различных
режимах механических испытаний
Параметр
Температура испытаний
20 ◦С 450 ◦С (просто нагрев
от 20 ◦С до 450 ◦С)
450◦С (нагрев до 890 ◦С; выдержка
15 мин и охлаждение до 450◦С)
Предел текучести σ0,2, кГ/мм2 99,2 93,4 18,0
Предел прочности σв, кГ/мм2 117 110,4 58,1
Пластичность до разрушения δ, % 9,9 10,2 44,9
Если действительно имеет место термоупругая деформация, инициирующая мартен-
ситное превращение при малом усилии, то для паяного соединения стальная часть пары
остается напряженной, и обратного мартенситного превращения не будет.
Возможна (и это важный фактор!) релаксация напряжений (статическая и/или дина-
мическая), которой сегодня уделяют значительное внимание металловеды [9].
Таким образом, исследованы паяные соединения разнородных материалов, сильно отли-
чающихся по коэффициентам термического расширения (металл — керамика Si3N4). Най-
дено, что прочность паяного соединения нитридокремниевой керамики и сталей с мартен-
ситным превращением выше (почти на порядок) по сравнению со сталями, где такое прев-
ращения практически отсутствует. Предложена и экспериментально проверена трактовка
таких результатов на основании положения об эффекте сверхупругости (псевдоупругости)
стали, релаксационных процессах [9], особо высокой деформативности стали при мартен-
ситном превращении. Разумеется, необходимы дальнейшие исследования в этой области,
которые мы намерены провести, что позволит лучше понимать деформационно-напряжен-
ное состояние стали, сочлененной с другим материалом, и в перспективе позволит получать
высокопрочные керамико-металлические паяные швы.
1. Найдич Ю.В., Побережнюк В.Л., Костюк Б.Д. Прочность паяных соединений керамики с метал-
лом, содержащих промежуточные деформируемые слои // Адгезия расплавов и пайка материалов. –
1993. – № 30. – С. 81–85.
2. Al-Ping-Xian, Zhong-Yao. Interlayer design for joining presseles sinted sialon ceramics and 40 Cr steel
brasing with Ag57Cu38Ti5 siller metal // J. Mater. Sci. – 1992. – 27, No 6. – P. 1560–1566.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №5 107
3. Яновский И.И., Тененбаун М.М., Романенко Н.К. О снижении внутренних напряжений при пайке
пластинок твердого сплава // Вестн. машиностроения. – 1960. – № 5. – С. 52–57.
4. Лоцманов С.Н., Петрунин И. Е. Пайка металлов. – Москва: Машиностроение, 1966. – 168 с.
5. Matsuo Y., Ito M., Taniguchi M. Ceramic-metal joining for automobiles // Industrial Ceramics. – 1999. –
19, No 3. – P. 203–207.
6. Найдич Ю.В., Журавлев В.С., Фрумина Н.И. и др. Смачивание керамики на основе нитрида крем-
ния металлическими расплавами // Порошк. металлургия. – 1988. – № 11. – С. 58–59.
7. Nielage B., Ashoff D. Brazing of ceramic and metal-ceramic compound // Joining Ceramics, Glass and
Metal.-W. Kraft (Ed.) – Oberursel: DGM Informationsgesell Verlag, 1989. – 296 p.
8. Lugscheider E., Baretius M., Tillman W. The Development of High-Strength, Active-Brazed Silicon Nitride
and Silicon Carbide Joints // Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft. – 1991. – 68, No 1/2. –
P. 14–22.
9. Коваль Ю.Н. Мартенситные превращения – от истоков до настоящего времени // Акт. пробл. соврем.
материаловедения. – Киев: ИД “Академпериодика”, 2008. – Т. 1. – С. 613–653.
Поступило в редакцию 20.07.2009Институт проблем материаловедения
им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев
Academician of the NAS of Ukraine Yu. V. Naidich, Corresponding Member of the NAS
of Ukraine Yu.V. Milman, B.D. Kostyuk, S.A. Moskalenko, V. A. Goncharuk
Strength of brazed joints of Si3N4 ceramics and steel and influence of
the martensitic transformation and anomalies of mechanical properties
of steel
The strength of brazed Si3N4/steel joints is investigated when the thermal expansion coefficients
(TEC) of materials to be joined are significantly different (TEC = (1.5–2) · 10−6/◦C for Si3N4
ceramics and TEC = 10.5 · 10−6/◦C–13.2 · 10−6/◦C for 3 investigated steels). Brazing process was
carried out at 900 ◦C in vacuum (10−3 Pa) with the aid of titanium-containing solders. At the
same regime, thermoexpansion of various steels was measured by automatic vacuum dilatometer at
20–900–20 ◦C. The bend strength for the joint Si3N4/steel III (chemical composition of steel III
is 0.3% C, 3% Cr, 0.4% Mn, 3% Ni, 0.5% Mo) was much more than that for other steels. Only in
this steel, the intensive martensitic transformation was observed. Special investigations of mechani-
cal properties of steel III are carried out at various temperatures. The reason for the phenomenon
of high strength of the joint Si3N4/steel III is the special stress-strain-deformability conditions in
the contact zone of the metal part of the joint, caused by the martensitic transformation (effect of
pseudoelasticity like the effect of form memory) and very high plasticity of the steel in the austeni-
tic phase before the martensitic transformation. These factors promote the strain relaxation and
increase the joint strength strongly.
108 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-29706 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:47:05Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Найдич, Ю.В. Мильман, Ю.В. Костюк, Б.Д. Москаленко, С.А. Гончарук, В.А. 2011-12-26T13:27:05Z 2011-12-26T13:27:05Z 2010 Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали / Ю.В. Найдич, Ю.В. Мильман, Б.Д. Костюк, С.А. Москаленко, В.А. Гончарук // Доп. НАН України. — 2010. — № 5. — С. 101-108. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29706 621.791.3 Виконано паяння при 900 °С у вакуумi (10^−3 Па) за допомогою титанвмiщуючих припоїв. При тому ж режимi були вимiрянi термiчнi розширення рiзних сталей автоматичним вакуумним дилатометром при 20–900–20 °С. Мiцнiсть на згин з’єднання Si3N4/сталь III (хiмiчний склад сталi: 0,3% С, 3% Cr, 0,4% Mn, 3% Ni, 0,5% Mo) була набагато бiльшою, нiж для iнших сталей. Тiльки в сталi III спостерiгалося iнтенсивне мартенситне перетворення. Виконанi спецiальнi дослiдження механiчних властивостей сталi III при рiзних температурах. Розроблена концепцiя розумiння явища високої мiцностi з’єднання Si3N4/сталь III. Ми впевненi, що причиною цього є спецiальнi умови пружнопластичної деформацiї в контактнiй зонi металевої частини з’єднання, якi викликанi мартенситним перетворенням (ефект псевдопластичностi, явище, подiбне ефекту пам’ятi форми) i дуже високою пластичнiстю сталi в аустенiтнiй фазi до мартенситного перетворення. Цi фактори забезпечують релаксацiї напружень, що призводять до збiльшення мiцностi спаю. The strength of brazed Si3N4/steel joints is investigated when the thermal expansion coefficients (TEC) of materials to be joined are significantly different (TEC = (1.5–2) · 10^−6/°C for Si3N4 ceramics and TEC = 10.5 · 10^−6/°C–13.2 · 10^−6/°C for 3 investigated steels). Brazing process was carried out at 900 °C in vacuum (10^−3 Pa) with the aid of titanium-containing solders. At the same regime, thermoexpansion of various steels was measured by automatic vacuum dilatometer at 20–900–20 °C. The bend strength for the joint Si3N4/steel III (chemical composition of steel III is 0.3% C, 3% Cr, 0.4% Mn, 3% Ni, 0.5% Mo) was much more than that for other steels. Only in this steel, the intensive martensitic transformation was observed. Special investigations of mechanical properties of steel III are carried out at various temperatures. The reason for the phenomenon of high strength of the joint Si3N4/steel III is the special stress-strain-deformability conditions in the contact zone of the metal part of the joint, caused by the martensitic transformation (effect of pseudoelasticity like the effect of form memory) and very high plasticity of the steel in the austenitic phase before the martensitic transformation. These factors promote the strain relaxation and increase the joint strength strongly. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали Strength of brazed joints of Si3N4 ceramics and steel and influence of the martensitic transformation and anomalies of mechanical properties of steel Article published earlier |
| spellingShingle | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали Найдич, Ю.В. Мильман, Ю.В. Костюк, Б.Д. Москаленко, С.А. Гончарук, В.А. Матеріалознавство |
| title | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали |
| title_alt | Strength of brazed joints of Si3N4 ceramics and steel and influence of the martensitic transformation and anomalies of mechanical properties of steel |
| title_full | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали |
| title_fullStr | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали |
| title_full_unstemmed | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали |
| title_short | Прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали |
| title_sort | прочность паяных сочленений нитридокремниевой керамики со сталью и влияние мартенситного превращения и аномалий механических свойств стали |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29706 |
| work_keys_str_mv | AT naidičûv pročnostʹpaânyhsočleneniinitridokremnievoikeramikisostalʹûivliâniemartensitnogoprevraŝeniâianomaliimehaničeskihsvoistvstali AT milʹmanûv pročnostʹpaânyhsočleneniinitridokremnievoikeramikisostalʹûivliâniemartensitnogoprevraŝeniâianomaliimehaničeskihsvoistvstali AT kostûkbd pročnostʹpaânyhsočleneniinitridokremnievoikeramikisostalʹûivliâniemartensitnogoprevraŝeniâianomaliimehaničeskihsvoistvstali AT moskalenkosa pročnostʹpaânyhsočleneniinitridokremnievoikeramikisostalʹûivliâniemartensitnogoprevraŝeniâianomaliimehaničeskihsvoistvstali AT gončarukva pročnostʹpaânyhsočleneniinitridokremnievoikeramikisostalʹûivliâniemartensitnogoprevraŝeniâianomaliimehaničeskihsvoistvstali AT naidičûv strengthofbrazedjointsofsi3n4ceramicsandsteelandinfluenceofthemartensitictransformationandanomaliesofmechanicalpropertiesofsteel AT milʹmanûv strengthofbrazedjointsofsi3n4ceramicsandsteelandinfluenceofthemartensitictransformationandanomaliesofmechanicalpropertiesofsteel AT kostûkbd strengthofbrazedjointsofsi3n4ceramicsandsteelandinfluenceofthemartensitictransformationandanomaliesofmechanicalpropertiesofsteel AT moskalenkosa strengthofbrazedjointsofsi3n4ceramicsandsteelandinfluenceofthemartensitictransformationandanomaliesofmechanicalpropertiesofsteel AT gončarukva strengthofbrazedjointsofsi3n4ceramicsandsteelandinfluenceofthemartensitictransformationandanomaliesofmechanicalpropertiesofsteel |