Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами
Представлены результаты исследований структурного состояния быстрозакаленных лент на базе системы Ti—Zr—Fe—(B), полученных с помощью быстрого охлаждения расплава. Изучены особенности формирования паяных соединений алюминидов титана, выполненных с использованием высокотемпературной вакуумной пайки и...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96169 |
| 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: | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 37-41. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859836788979269632 |
|---|---|
| author | Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. |
| author_facet | Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. |
| citation_txt | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 37-41. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Представлены результаты исследований структурного состояния быстрозакаленных лент на базе системы Ti—Zr—Fe—(B), полученных с помощью быстрого охлаждения расплава. Изучены особенности формирования паяных соединений алюминидов титана, выполненных с использованием высокотемпературной вакуумной пайки и быстрозакаленных лент.
Results of investigations of structural state of rapidly-hardened foils on the base of Ti—Zr—Fe—(B) system, produced by a rapid cooling of melt, are presented. Peculiarities of formation of titanium aluminide brazed joints, made using a high-temperature vacuum brazing and rapidly-hardened strips are studied.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:35:17Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.3.05:620.17:669.6
ПАЙКА АЛЮМИНИДА ТИТАНА
БЫСТРОЗАКАЛЕННЫМИ ЛЕНТАМИ
С. В. Максимова, В. Ф. Хорунов
Представлены результаты исследований структурного состояния быстрозакаленных лент на базе системы Ti—Zr—Fe—(B),
полученных с помощью быстрого охлаждения расплава. Изучены особенности формирования паяных соединений алю-
минидов титана, выполненных с использованием высокотемпературной вакуумной пайки и быстрозакаленных лент.
Results of investigations of structural state of rapidly-hardened foils on the base of Ti—Zr—Fe—(B) system, produced by
a rapid cooling of melt, are presented. Peculiarities of formation of titanium aluminide brazed joints, made using a
high-temperature vacuum brazing and rapidly-hardened strips are studied.
Ключевые слова : быстрозакаленные припои; структу-
ра; пайка; шов; интерметаллидный сплав; алюминид титана
Под термином быстрозакаленные сплавы подразу-
меваются сплавы, полученные путем быстрого ох-
лаждения расплава (закалки) или конденсации из
паровой фазы. Критическая скорость охлаждения
является количественным критерием устойчивости
переохлажденного расплава и определяет темпера-
турно-временные условия подавления процесса
кристаллизации.
Быстрозакаленные сплавы могут отличаться от
литых высококодисперсной дендритной, микрокрис-
таллической и аморфной структурой, в зависимости
от технологических параметров их получения.
Особенностями быстрозакаленных микрокрис-
таллических сплавов является образование метас-
табильных промежуточных фаз [1]. При высоких
скоростях охлаждения сплавов, содержащих интер-
металлические соединения, отмечена склонность к
подавлению зародышеобразования, что позволяет
получать аморфное состояние без так называемых
аморфизаторов (фосфор и бор).
Быстрозакаленные сплавы характеризуются вы-
сокой степенью химической однородности, пластич-
ности, коррозионной стойкости, малыми толщина-
ми и другими уникальными свойствами. Способ
сверхбыстрой закалки позволил получать из хруп-
ких сплавов пластичные гомогенные фольги [2].
Раньше эти сплавы использовали в качестве при-
поев только в виде порошка, для чего требовалось
применение связующего вещества. Это усложняло
технологический процесс пайки. Припои с аморф-
ной структурой можно использовать в виде заклад-
ных элементов любой формы. Химическая однород-
ность припоя обеспечивает равномерное плавление
припоя по объему.
Высокая степень структурного беспорядка и де-
фектность [3] способствуют большой диффузион-
ной подвижности атомов и хорошему смачиванию
паяемой поверхности, что в свою очередь создает
благоприятные условия при кристаллизации пая-
ных швов, приводит к отсутствию дефектов и обес-
печивает оптимальную прочность соединений.
Широкое применение в промышленности для
пайки нашли припои с аморфной структурой сле-
дующих систем: Ni—Cr—Si—B (для нержавеющих
сталей); Ti—Cu—Ni, Ti—Zr—Cu—Ni (для титана и его
сплавов; Cu—Ni—Sn—P (для меди и ее сплавов).
Получать аморфное состояние припоев на базе
системы Ni—Cr позволило введение небольших ко-
личеств элементов-аморфизаторов: бора и кремния.
К числу металлических объемно-аморфизирую-
щихся материалов относятся сплавы систем Ti—Cu—
Ni, Ti—Zr—Cu—Ni, Zr—Ti—Ni, Cu—Zr—Ti, в которых в
кристаллическом состоянии присутствуют интерме-
таллические соединения TiCu, Zr2Cu, ZrCu3,6 и
ZrCu с тройной фазой Лавеса TiZrCu4 [4]. Однако
для высокотемпературного применения желательно
использовать припои, не содержащие медь.
В данной работе представлены результаты ис-
следований быстрозакаленных припоев на базе сис-
темы Ti—Zr—Fe—(B), полученных способом спиннин-
гования расплава, а также соединений алюминидов
титана, выполненных этими припоями.
© С. В. МАКСИМОВА, В. Ф. ХОРУНОВ, 2010
37
Для проведения экспериментов сплавы выплав-
ляли в вакуумной печи с помощью дугового нагрева.
Плавку осуществляли на медном водоохлаждаемом
кристаллизаторе с обязательным переворачиванием
слитков 2… 5 раз для усреднения химического сос-
тава. Полученные слитки размещали в вакуумной
камере, расплавляли в очищенном аргоне (гелии),
создавали избыточное давление (1,8⋅105 Па), с по-
мощью которого выдавливали струю металла на
внешнюю поверхность медного диска-барабана, вра-
щающегося с заданной скоростью (не более 40 м/с).
Скорость закалки регулировали в широких пре-
делах путем варьирования линейной скорости вра-
щения барабана в сочетании с геометрией сопла,
через которое выдавливается жидкий металл, дав-
ления над расплавом, расстояния от сопла к повер-
хности барабана.
Полученную быстрозакаленную ленту припоя
размещали между соединяемыми образцами алю-
минида титана, пайку проводили в вакуумной печи
с применением радиационного нагрева при темпе-
ратуре 1150 °С в течение 60 мин. Металлографи-
ческие исследования осуществляли с помощью оп-
тической и электронной растровой микроскопии.
Для проведения экспериментов в качестве пая-
емого материала использовали интерметалидные
сплавы гама-титана двух марок: 48XD, полученного
способом порошковой металлургии (рис. 1, а) и
4822 (рис. 1, б), изготовленного традиционными
способами литья, в частности электронно-лучевой
плавки (рис. 1, б).
Сплавы достехиометрического состава Ti—(46-49) Al
расположены в двухфазной (α2 + γ) области, где
α2-фаза представлена интерметалидом Ti3Al, а γ-фа-
за – интерметаллидом TiAl
Рассматриваемые сплавы содержат одинаковую
атомную долю алюминия (48…49 %), но морфология
их структурных составляющих несколько отличается.
В сплаве 48XD (Ti—45Al—2Nb—2Mn—0,8 TiB2) на фоне
Химический состав структурных составляющих паяемых
материалов
Иссле-
дуемый
№
спектра
Атомная доля элементов, %
Ti Al Mn Nb B Сr
Сплав 48XD
1 48,00 48,65 1,51 1,85 0 —
2 53,25 42,74 1,94 2,07 0 —
3 22,52 5,54 0,18 0,74 71,02 —
4 25,18 7,04 0,29 0,82 66,67 —
Сплав 4822
1 48,89 47,70 — 1,61 — 1,80
2 49,36 47,54 — 1,52 — 1,57
3 54,49 34,33 — 1,87 — 9,31
4 52,87 38,47 — 1,96 — 6,70
5 51,22 43,36 — 1,70 — 3,72
Рис. 1. Микроструктура паяемых интерметаллидных сплавов: а – 48XD; б – 4822
Рис. 2. Микроструктура применяемого припоя системы Ti—Zr—Fe в быстрозакаленном состоянии до (а) и после (б) травления
38
ламельной структуры γ-TiAl и α2-фазы кристалли-
зуются иглоподобные бориды, атомная доля бора в
них составляет 66,67… 71,02 % (таблица).
Следует отметить, что в исходном состоянии в
литом сплаве 4822 (Ti—48Al—1,6Nb—2Cr) ламельная
структура отсутствует, но обнаружены дисперсные
частицы α2-фазы (белого цвета), содержащие уве-
личенное количество хрома (рис. 1, б).
Используемые припои в виде быстрозакаленных
лент характеризуются однородной стекловидной
структурой (рис. 2, а) как для сплава Ti—Zr—Fe,
так и для сплавов системы Ti—Zr—Fe—B. В некото-
рых участках зафиксированы дискретные несплош-
ности ленты в виде перфорированных участков.
После травления ленты проявляется ячеистая ультра-
дисдисперсная структура сплава Ti—Zr—Fe (рис. 2, б),
Рис. 3. Исследуемый участок быстрозакаленной ленты Ti—Fe—Zr в отраженных электронах (а) и качественное распределение титана
(б), железа (в) и циркония (г) по ее ширине; y – количество импульсов; L – длина исследуемого участка
Рис. 4. Прямая (а) и обратная (б) галтели паяного соединения сплава 48XD, полученного с помощью припоя Ti—13,1Zr—24,7Fe—5B,
а также микроструктура паяного шва (в, г); 1 – бориды; 2 – светло-серое зерно; 3 – темно-серое зерно; 4 – белая ультрадис-
персная фаза
39
для изучения которой требуется высокоразрешаю-
щее оборудование.
Все составляющие химические элементы припоя
распределены по ширине быстрозакаленной ленты
равномерно (рис. 3), кроме циркония, количество
которого понижается на внешней поверхности лен-
ты, контактирующей с воздухом.
Отличительной чертой паяных соединений ин-
терметаллидного сплава 48XD, полученных с ис-
пользованием высокотемпературной вакуумной
пайки и припоя на базе системы Ti—Zr—Fe, содержа-
щего бор (не более 2,5 ат. %), является хорошее сма-
чивание и растекание по гамма-алюминиду, а также
наличие с двух сторон полных галтелей (рис. 4, а, б).
Присутствие бора в паяемом материале и припое
способствует формированию единичных боридных
иглообразных выделений в приграничной зоне ос-
новного металла и паяного шва (рис. 4, в, г).
В металле паяного шва на фоне светлой матрицы
состава 57,08Ti—31,16Al—5,16Fe—2,21Zr—2,3Nb кри-
сталлизуются темно-серые зерна, содержащие около
43 ат. % алюминия. В светло-серых зернах атомная
доля алюминия понижается до 28… 35 %.
В соответствии с диаграммами состояния [5],
можно предположить, что кристаллизуются зерна
соответственно фаз TiAl и Ti3Al. В паяном шве из-
редка обнаруживаются дискретные ультрадисперс-
ные выделения светлой фазы размером приблизи-
тельно 1 мкм и меньше, в которых атомная доля
алюминия понижается до 28 %, а циркония – не
превышает 2,67 %.
При пайке интерметаллидных сплавов гамма-
алюминида титана двух марок (48ХД и 4822) между
собой, отличающихся способом получения, струк-
тура металла швов практически аналогична таковой
предыдущего образца.
Со стороны сплава 4822 обнаружена гладкая ли-
ния раздела, вдоль шва в виде полосы кристалли-
зуется фаза, химический состав которой аналогичен
составу основного материала и содержит около 45 %
алюминия.
Иногда встречаются участки, в которых металл
матрицы шва, имеющий 33 ат. % алюминия и около
1 ат. % хрома, проникает в глубину сплава примерно
на 25 мкм (рис. 5, а). Формируются достаточно
полные галтельные участки (рис. 5, б).
Со стороны гамма-алюминида титана марки
48XD зафиксирована типичная картина направлен-
ного роста пластинчатых формирований двух фаз
TiAl и Ti3Al, которые зарождаются на подложке
основного металла и растут в сторону сплава марки
4822 (рис. 5, в).
Ширина шва одинаковая при использовании
этих двух припоев. Она составляет около 125 мкм
и определяется шириной ленты. Понижение массо-
вой доли бора от 1,0 до 0,5 % в припое не оказывает
существенного влияния на формирование паяных
соединений.
Следует отметить, что игловидные бориды крис-
таллизуются только в приграничной ко шву зоне
сплава 48XD (рис. 5, в). При формировании пая-
ного шва со стороны галтельного участка по оси
отмечена кристаллизация прерывистых нитевид-
ных выделений светлой фазы, содержащей около
2 ат. % циркония (рис. 5, г).
Такое прерывистое выделение данной фазы
предпочтительнее сплошной полосы и не нарушает
целостность и плотность паяного шва, а также гал-
тельного участка.
Рис. 5. Микроструктура паяного соединения интерметаллидных сплавов 4822 и 48XD, полученных с использованием припоя
Ti—13,4Zr—24,4Fe—2,5B
40
Выводы
1. Установлено, что быстрозакаленные ленты на ба-
зе системы Ti—13Zr—24Fe—(2,5-5)B характеризуют-
ся микрокристаллической структурой с равномер-
ным распределением составляющих химических
элементов по ширине ленты.
2. Показано, что применение припоев в виде быс-
трозакаленной ленты на базе системы Ti—Zr—Fe—B
для пайки интерметаллидных сплавов 48XD (Ti—
—45Al—2Nb—2Mn—0,8 TiB2) и 4822(Ti—48Al—1,6Nb—
—2Cr) обеспечивает формирование плотных паяных
швов и галтельных участков. При пайке интерме-
таллидного сплава 48XD, содержащего TiB2 (в од-
нородном сочетании), кристаллизация боридов в
виде дискретных иглообразных выделений обнару-
жена не только в основном металле 48XD, но и в зоне
паяного шва, примыкающего к основному материалу.
3. Определено, что при пайке интерметаллид-
ных сплавов 48XD и 4822 между собой бориды вы-
деляются только в приграничной к шву зоне паяе-
мого материала 48XD.
4. Отмечено, что при использовании для пайки
интерметаллидных титановых сплавов быстрозака-
ленных припоев системы Ti—Zr—Fe—(B), не содер-
жащих алюминий, шов насыщается алюминием па-
яемого материала благодаря высокой диффузион-
ной подвижности последнего, и при охлаждении
кристаллизуются фазы, близкие по составу к ос-
новному материалу.
1. Фаткулин О. Х. Современное состояние металловедения
быстрозакаленных жаропрочных сплавов // Технология
легких сплавов. – 2005. – № 1. – 4. – С. 24—31.
2. Хорунов В. Ф., Максимова С. В. Аморфные припои –
перспективный материал для современных технологичес-
ких процессов пайки // Автомат. сварка. – 2005. –
№ 10. – С. 35—40.
3. Исследование воздействия потока гамма-квантов на амор-
фные сплавы TiNi—TiCu / Н. М. Матвеева, А. А. Клопо-
тов, В. А. Плотников и др. // Металлы. – 1997. –
№ 6. – С. 109—112.
4. Ковнеристый Ю. К. Объемно-аморфизирующиеся метал-
лические сплавы. – М.: Наука, 1999. – 80 с.
5. Диаграммы состояния двойных металлических систем:
Справочник: в 3 т. Т. 2 / Под ред. Н. П. Лякишева. –
М.: Машиностроение, 1997. – 1024 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 16.07.2010
8-я МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ
ВЫСТАВКА МЕТАЛЛООБРАБОТКА. УРАЛ/UralMetalExpo
2-я МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ
ВЫСТАВКА СВАРКА. УРАЛ/UralWeldExpo
12–14 апреля 2011 г.
г. Екатеринбург
Тематика выставки
• Металлорежущее оборудование
• Кузнечно-прессовое оборудование
• Литейное оборудование
• Сварочное оборудование. Специальные методы в сварке
• Оборудование, инструменты, материалы, технологии для обработки поверхностей
и нанесения покрытий
• Инструменты станочные: металлорежущие, абразивные, резьбонарезные и др.
• Контрольно-измерительные машины, приборы и инструменты
• Комплектующие узлы и изделия, в том числе системы ЧПУ, гидравлические
и пневматические системы, электродвигатели
• Подшипники. Технологическая оснастка. Материалы для металлообработки
• Автоматизированные системы управления технологическими процессами
и производством, промышленная автоматизация. Роботы, системы и компоненты,
информационные технологии
• Ретрофитинг и модернизация оборудования. Лизинг
• Субконтрактация
• Инвестиционные и инновационные проекты, технологические и конструкторские
разработки, профильное образование
www.uralexpotool. ru
41
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96169 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:35:17Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. 2016-03-12T09:25:58Z 2016-03-12T09:25:58Z 2010 Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 37-41. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96169 621.791.3.05:620.17:669.6 Представлены результаты исследований структурного состояния быстрозакаленных лент на базе системы Ti—Zr—Fe—(B), полученных с помощью быстрого охлаждения расплава. Изучены особенности формирования паяных соединений алюминидов титана, выполненных с использованием высокотемпературной вакуумной пайки и быстрозакаленных лент. Results of investigations of structural state of rapidly-hardened foils on the base of Ti—Zr—Fe—(B) system, produced by a rapid cooling of melt, are presented. Peculiarities of formation of titanium aluminide brazed joints, made using a high-temperature vacuum brazing and rapidly-hardened strips are studied. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Новые материалы Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами Brazing of titanium aluminide with rapidly hardened foils Article published earlier |
| spellingShingle | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Новые материалы |
| title | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами |
| title_alt | Brazing of titanium aluminide with rapidly hardened foils |
| title_full | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами |
| title_fullStr | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами |
| title_full_unstemmed | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами |
| title_short | Пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами |
| title_sort | пайка алюминида титана быстрозакаленными лентами |
| topic | Новые материалы |
| topic_facet | Новые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96169 |
| work_keys_str_mv | AT maksimovasv paikaalûminidatitanabystrozakalennymilentami AT horunovvf paikaalûminidatitanabystrozakalennymilentami AT maksimovasv brazingoftitaniumaluminidewithrapidlyhardenedfoils AT horunovvf brazingoftitaniumaluminidewithrapidlyhardenedfoils |