Array
(
[TAGS] =>
[~TAGS] =>
[ID] => 42272
[~ID] => 42272
[NAME] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[~NAME] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[IBLOCK_ID] => 1
[~IBLOCK_ID] => 1
[IBLOCK_SECTION_ID] => 115
[~IBLOCK_SECTION_ID] => 115
[DETAIL_TEXT] =>
Пайка находит широкое применение во многих отраслях промышленности благодаря возможности сохранять структуру основного металла (поскольку расплавляется только припой, который имеет более низкую температуру плавления) и возможности соединять материалы в труднодоступных местах. В настоящее время существует большое количество припоев для высокотемпературного применения. Однако каждый паяемый материал требует индивидуального подхода при выборе состава припоя, что обусловлено его структурными особенностями, конкретными условиями эксплуатации и требуемыми механическими свойствами паяных соединений. Свойства паяных соединений определяются микроструктурой паяных швов. Поэтому большое внимание уделяется металлографическим и микрорентгеноспектральным исследованиям паяных соединений, которые обуславливают выбор химического состава припоя и параметры технологического режима пайки.
Актуальность таких исследований возрастает при создании технологических процессов получения паяных соединений из материалов нового поколения, к которым относятся никелевые сплавы на основе интерметаллида γ′-Ni3Al. Интерметаллическое соединение Ni3Al обладает высокой температурой плавления (1385 °С), пониженной плотностью (7,5 кг/м3) и термической стабильностью структуры до температуры плавления.
В данной работе представлены результаты металлографических и микрорентгеноспектральных исследований по изучению влияния химического состава основного металла (сплава на основе Ni3Al) и депрессантов (бора) на структуру и морфологическое строение паяных соединений, полученных с использованием припоев систем Ni–Cr–Fe–B–Si и Ni–Pd–Cr–X. Для проведения экспериментов в качестве основного металла использовали никелевые жаропрочные сплавы на основе интерметаллида Ni3Al в однородном и разнородном сочетании с деформируемым никелевым сплавом Инконель 718 (табл. 1).
Вакуумную пайку нахлесточных соединений образцов проводили в вакуумной печи (1,33×10–4 Па) с радиационным нагревом. Никелевый сплавна основе Ni3Al паяли c деформируемым сплавом Инконель 718 палладиевым припоем Ni–Pd–Cr–X по режиму 1, борсодержащим припоем BMF-20 (Ni–Cr–Fe–B–Si) по режиму 2 (рис. 1).
По стандартной методике изготавливали микрошлифы паяных соединений для проведения металлографических и микрорентгеноспектральных исследований с привлечением электронного растрового микроскопа TescanMira 3 LMU, оснащенного энергодисперсионным спектрометром Oxford Instruments X-max 80 mm2 (с программным обеспечением INCA). Локальность микрорентгеноспектральных измерений не превышала 1 мкм. Распределение химических элементов и съемку микроструктур проводили в режиме обратно — отраженных электронов (BSI), позволяющих различать структурные составляющие по атомной массе (без химического травления).
При визуальном осмотре полученных образцов в обоих случаях наблюдалось хорошее смачивание припоями паяемых металлов, затекание в капиллярные зазоры, формирование полных галтелей (рис. 2).
Металлографические исследования показали, что при использовании припоя системы Ni–Cr– Fe–B–Si в паяном шве и основном металле Инконель 718 на фоне светлой матрицы наблюдаются игловидные частицы темной фазы (рис. 3, а–в). Исследование распределения элементного состава в локальных участках паяного соединения, проведенное с помощью микрорентгеноспектрального анализа, выявило повышенную концентрацию хрома в этих частицах (рис. 3, г; табл. 2, спектр 1, 2). Выделяются они преимущественно в зоне сплава Инконель 718 (нижний образец), прилегающей ко шву, и на межфазной границе в зоне шва.
При исследовании изменения концентрации элементов по линии сканирования, проходящей через эту частицу, наблюдается повышенное содержание бора и одновременное понижение содержания никеля, что свидетельствует об образовании фазы, содержащей бор. Это можно объяснить высоким содержанием хрома (19 %) в паяемом материале Инконель 718 по сравнению со сплавом на основе Ni3Al (4 %), что создает возможность дополнительного поступления хрома в жидкий припой (во время пайки), и способствует активному образованию и выделению боридов хрома. На границе с никелевым сплавом на основе Ni3Al (верхний образец) количество таких выделений незначительно (рис. 3, а, б).
Исследование химической неоднородности паяных соединений показало, что повышенная концентрация хрома (24,78…37,93 %) наблюдается в игловидных частицах в зоне паяного шва со стороны Инконель 718 и в центральной зоне шва (рис. 3, г; табл. 2). В последнем случае фаза на основе хрома выделяется в виде непрерывной полосы. Такие структурные особенности неблагоприятно влияют на свойства паяных соединений.
При пайке алюминидов никеля в однородном сочетании (по аналогичному режиму) в центральной зоне паяного шва наблюдается выделение крупных темных частиц на основе никеля и хрома, обогащенных бором (рис. 4; табл. 3).
Полученные результаты исследований показывают, что при пайке образуются два типа бори- дов: на основе никеля и на основе хрома. При сканировании по линии, перпендикулярно паяному шву, наблюдается повышение концентрации бора и хрома в центральной зоне шва (рис. 5) и, соответственно, понижение никеля, что хорошо согласуется с предыдущими результатами и является подтверждением наличия боридных фаз в центре.
Аналогичное формирование паяных швов и распределение элементов наблюдается при пайке борсодержащими припоями нержавеющей стали. Во время пайки бор активно диффундирует из паяного шва в нержавеющую сталь и борсодержащие фазы выделяются по границам зерен основного металла. Наличие такой фазы отрицательно влияет на механические свойства и коррозионную стойкость паяных соединений. Образование легкоплавких боридных эвтектик и силицидов в паяных швах и паяемом материале отрицательно влияет на длительную прочность при повышенной температуре.
В связи с этим дальнейшие исследования направлены на то, чтобы исключить образование хрупких фаз в паяном соединении. Для этого использовали опытный палладиевый припой на основе твердого раствора, не содержащий бор и кремний. В качестве депрессанта использовали германий, который имеет большую область растворимости в никеле по сравнению с кремнием. В исходном, литом состоянии микроструктура данного припоя состоит из матрицы – твердого раствора на основе никеля и дисперсных частиц фазы на основе палладия, обогащенной германием.
Микроструктура паяных швов соединений Ni3Al + Инконель 718, полученных с помощью палладиевого припоя по режиму 1 (рис. 1), состоит из твердого раствора на основе никеля и дисперсной фазы на основе палладия, обогащенной алюминием до 9,71 % (рис. 6, а; табл. 4). Количество данной фазы на фоне паяного шва незначительно, выделяется она в виде единичных дисперсных частиц (островков размером до 20 мкм) в матрице твердого раствора и может выступать как вторичная упрочняющая фаза.
В твердом растворе на основе никеля выявлено в незначительных количествах составляющие элементы паяемых материалов. Так, концентрация железа составляет 6,99 %, алюминия – не превышает 1,78 %., Объясняется это наличием градиента концентраций на межфазной границе, приводящей к насыщению металла шва составляющими элементами основного металла. Надо отметить, что германий выявлен только в твердом растворе и его концентрация не превышает 0,54 %.
В некоторых участках шов сложно визуализировать, в качестве паяного шва служит осветленная полоса — твердый раствор на основе никеля, содержащий составляющие элементы припоя и паяемого материала. В твердом растворе содержание алюминия повышается от нуля до 3,34 %, в то время как в паяемом материале его количество составляет 7,16 % (рис. 6, б; табл. 5).
В галтельных участках (прямой и обратной) наблюдается аналогичное формирование структуры (как в паяном шве): твердый раствор на основе никеля и дисперсные выделения фазы на основе палладия (рис. 6, а, б). Выявлена разница в концентрации алюминия: в палладиевой фазе в паяном шве она большая и составляет 13,10 % по сравнению с концентрацией алюминия в ана- логичной фазе в галтельном участке — 9,23 % (рис. 7; табл. 6). Интенсивность и скорость роста данной фазы определяются коэффициентами диффузии для каждого элемента. В паяном шве большая протяженность межфазной границы, узкий зазор между паяемыми металлами создают более благоприятные условия для протекания диффузионных процессов, что способствует активному насыщению металла шва алюминием.
Известно, что прочность паяных соединений и их эксплуатационные характеристики определяются прочностью межфазной связи элементов припоя с элементами основного металла. Другими словами, если образуются прочные соединения в паяном шве, преимущественно твердые растворы, то они обеспечивают большую прочность, чем грубые боридные фазы. Следует подчеркнуть, что диффузионные слои и интерметаллидные фазы в виде сплошных полос вдоль паяного шва, которые могут снижать свойства паяных соединений, не образуются при пайке палладиевым припоем.
Установлено, что при пайке жаропрочного никелевого сплава на основе интерметаллида Ni3Al между собой и с деформируемым никелевым сплавом марки Инконель 718 борсодержащим припоем в паяном шве и диффузионной зоне основного металла (Инконель 718) образуются бориды хрома.
При использовании припоя на базе системы Ni–Pd–Cr–X (Ge, Co) получены плотные бездефектные паяные швы. При изучении химического состава и морфологии паяных соединений выяснен интересный факт, что микроструктура паяного шва и исходного припоя отличаются не только химическим составом, но и морфологическим строением. Обусловлено это наличием градиента концентраций на межфазной границе паяемый материал — жидкий припой, разной величиной коэффициентов диффузии отдельных элементов, неравновесными условиями кристаллизации металла паяного, приводящими к активным диффузионным процессам во время пайки. При использовании для пайки алюминида никеля палладиевого припоя, не содержащего алюминий, паяный шов состоит из твердого раствора на основе никеля и единичных выделений дисперсной фазы Pd (X) Al, обогащенной алюминием (9,71…13,10 %). Морфологические особенности этой фазы могут оказывать положительное влияние на механические характеристики паяных соединений. Для изучения механизма данного процесса необходимо проведение дополнительных детальных исследований.
Источник: журнал "Автоматическая сварка"
[~DETAIL_TEXT] =>
Пайка находит широкое применение во многих отраслях промышленности благодаря возможности сохранять структуру основного металла (поскольку расплавляется только припой, который имеет более низкую температуру плавления) и возможности соединять материалы в труднодоступных местах. В настоящее время существует большое количество припоев для высокотемпературного применения. Однако каждый паяемый материал требует индивидуального подхода при выборе состава припоя, что обусловлено его структурными особенностями, конкретными условиями эксплуатации и требуемыми механическими свойствами паяных соединений. Свойства паяных соединений определяются микроструктурой паяных швов. Поэтому большое внимание уделяется металлографическим и микрорентгеноспектральным исследованиям паяных соединений, которые обуславливают выбор химического состава припоя и параметры технологического режима пайки.
Актуальность таких исследований возрастает при создании технологических процессов получения паяных соединений из материалов нового поколения, к которым относятся никелевые сплавы на основе интерметаллида γ′-Ni3Al. Интерметаллическое соединение Ni3Al обладает высокой температурой плавления (1385 °С), пониженной плотностью (7,5 кг/м3) и термической стабильностью структуры до температуры плавления.
В данной работе представлены результаты металлографических и микрорентгеноспектральных исследований по изучению влияния химического состава основного металла (сплава на основе Ni3Al) и депрессантов (бора) на структуру и морфологическое строение паяных соединений, полученных с использованием припоев систем Ni–Cr–Fe–B–Si и Ni–Pd–Cr–X. Для проведения экспериментов в качестве основного металла использовали никелевые жаропрочные сплавы на основе интерметаллида Ni3Al в однородном и разнородном сочетании с деформируемым никелевым сплавом Инконель 718 (табл. 1).
Вакуумную пайку нахлесточных соединений образцов проводили в вакуумной печи (1,33×10–4 Па) с радиационным нагревом. Никелевый сплавна основе Ni3Al паяли c деформируемым сплавом Инконель 718 палладиевым припоем Ni–Pd–Cr–X по режиму 1, борсодержащим припоем BMF-20 (Ni–Cr–Fe–B–Si) по режиму 2 (рис. 1).
По стандартной методике изготавливали микрошлифы паяных соединений для проведения металлографических и микрорентгеноспектральных исследований с привлечением электронного растрового микроскопа TescanMira 3 LMU, оснащенного энергодисперсионным спектрометром Oxford Instruments X-max 80 mm2 (с программным обеспечением INCA). Локальность микрорентгеноспектральных измерений не превышала 1 мкм. Распределение химических элементов и съемку микроструктур проводили в режиме обратно — отраженных электронов (BSI), позволяющих различать структурные составляющие по атомной массе (без химического травления).
При визуальном осмотре полученных образцов в обоих случаях наблюдалось хорошее смачивание припоями паяемых металлов, затекание в капиллярные зазоры, формирование полных галтелей (рис. 2).
Металлографические исследования показали, что при использовании припоя системы Ni–Cr– Fe–B–Si в паяном шве и основном металле Инконель 718 на фоне светлой матрицы наблюдаются игловидные частицы темной фазы (рис. 3, а–в). Исследование распределения элементного состава в локальных участках паяного соединения, проведенное с помощью микрорентгеноспектрального анализа, выявило повышенную концентрацию хрома в этих частицах (рис. 3, г; табл. 2, спектр 1, 2). Выделяются они преимущественно в зоне сплава Инконель 718 (нижний образец), прилегающей ко шву, и на межфазной границе в зоне шва.
При исследовании изменения концентрации элементов по линии сканирования, проходящей через эту частицу, наблюдается повышенное содержание бора и одновременное понижение содержания никеля, что свидетельствует об образовании фазы, содержащей бор. Это можно объяснить высоким содержанием хрома (19 %) в паяемом материале Инконель 718 по сравнению со сплавом на основе Ni3Al (4 %), что создает возможность дополнительного поступления хрома в жидкий припой (во время пайки), и способствует активному образованию и выделению боридов хрома. На границе с никелевым сплавом на основе Ni3Al (верхний образец) количество таких выделений незначительно (рис. 3, а, б).
Исследование химической неоднородности паяных соединений показало, что повышенная концентрация хрома (24,78…37,93 %) наблюдается в игловидных частицах в зоне паяного шва со стороны Инконель 718 и в центральной зоне шва (рис. 3, г; табл. 2). В последнем случае фаза на основе хрома выделяется в виде непрерывной полосы. Такие структурные особенности неблагоприятно влияют на свойства паяных соединений.
При пайке алюминидов никеля в однородном сочетании (по аналогичному режиму) в центральной зоне паяного шва наблюдается выделение крупных темных частиц на основе никеля и хрома, обогащенных бором (рис. 4; табл. 3).
Полученные результаты исследований показывают, что при пайке образуются два типа бори- дов: на основе никеля и на основе хрома. При сканировании по линии, перпендикулярно паяному шву, наблюдается повышение концентрации бора и хрома в центральной зоне шва (рис. 5) и, соответственно, понижение никеля, что хорошо согласуется с предыдущими результатами и является подтверждением наличия боридных фаз в центре.
Аналогичное формирование паяных швов и распределение элементов наблюдается при пайке борсодержащими припоями нержавеющей стали. Во время пайки бор активно диффундирует из паяного шва в нержавеющую сталь и борсодержащие фазы выделяются по границам зерен основного металла. Наличие такой фазы отрицательно влияет на механические свойства и коррозионную стойкость паяных соединений. Образование легкоплавких боридных эвтектик и силицидов в паяных швах и паяемом материале отрицательно влияет на длительную прочность при повышенной температуре.
В связи с этим дальнейшие исследования направлены на то, чтобы исключить образование хрупких фаз в паяном соединении. Для этого использовали опытный палладиевый припой на основе твердого раствора, не содержащий бор и кремний. В качестве депрессанта использовали германий, который имеет большую область растворимости в никеле по сравнению с кремнием. В исходном, литом состоянии микроструктура данного припоя состоит из матрицы – твердого раствора на основе никеля и дисперсных частиц фазы на основе палладия, обогащенной германием.
Микроструктура паяных швов соединений Ni3Al + Инконель 718, полученных с помощью палладиевого припоя по режиму 1 (рис. 1), состоит из твердого раствора на основе никеля и дисперсной фазы на основе палладия, обогащенной алюминием до 9,71 % (рис. 6, а; табл. 4). Количество данной фазы на фоне паяного шва незначительно, выделяется она в виде единичных дисперсных частиц (островков размером до 20 мкм) в матрице твердого раствора и может выступать как вторичная упрочняющая фаза.
В твердом растворе на основе никеля выявлено в незначительных количествах составляющие элементы паяемых материалов. Так, концентрация железа составляет 6,99 %, алюминия – не превышает 1,78 %., Объясняется это наличием градиента концентраций на межфазной границе, приводящей к насыщению металла шва составляющими элементами основного металла. Надо отметить, что германий выявлен только в твердом растворе и его концентрация не превышает 0,54 %.
В некоторых участках шов сложно визуализировать, в качестве паяного шва служит осветленная полоса — твердый раствор на основе никеля, содержащий составляющие элементы припоя и паяемого материала. В твердом растворе содержание алюминия повышается от нуля до 3,34 %, в то время как в паяемом материале его количество составляет 7,16 % (рис. 6, б; табл. 5).
В галтельных участках (прямой и обратной) наблюдается аналогичное формирование структуры (как в паяном шве): твердый раствор на основе никеля и дисперсные выделения фазы на основе палладия (рис. 6, а, б). Выявлена разница в концентрации алюминия: в палладиевой фазе в паяном шве она большая и составляет 13,10 % по сравнению с концентрацией алюминия в ана- логичной фазе в галтельном участке — 9,23 % (рис. 7; табл. 6). Интенсивность и скорость роста данной фазы определяются коэффициентами диффузии для каждого элемента. В паяном шве большая протяженность межфазной границы, узкий зазор между паяемыми металлами создают более благоприятные условия для протекания диффузионных процессов, что способствует активному насыщению металла шва алюминием.
Известно, что прочность паяных соединений и их эксплуатационные характеристики определяются прочностью межфазной связи элементов припоя с элементами основного металла. Другими словами, если образуются прочные соединения в паяном шве, преимущественно твердые растворы, то они обеспечивают большую прочность, чем грубые боридные фазы. Следует подчеркнуть, что диффузионные слои и интерметаллидные фазы в виде сплошных полос вдоль паяного шва, которые могут снижать свойства паяных соединений, не образуются при пайке палладиевым припоем.
Установлено, что при пайке жаропрочного никелевого сплава на основе интерметаллида Ni3Al между собой и с деформируемым никелевым сплавом марки Инконель 718 борсодержащим припоем в паяном шве и диффузионной зоне основного металла (Инконель 718) образуются бориды хрома.
При использовании припоя на базе системы Ni–Pd–Cr–X (Ge, Co) получены плотные бездефектные паяные швы. При изучении химического состава и морфологии паяных соединений выяснен интересный факт, что микроструктура паяного шва и исходного припоя отличаются не только химическим составом, но и морфологическим строением. Обусловлено это наличием градиента концентраций на межфазной границе паяемый материал — жидкий припой, разной величиной коэффициентов диффузии отдельных элементов, неравновесными условиями кристаллизации металла паяного, приводящими к активным диффузионным процессам во время пайки. При использовании для пайки алюминида никеля палладиевого припоя, не содержащего алюминий, паяный шов состоит из твердого раствора на основе никеля и единичных выделений дисперсной фазы Pd (X) Al, обогащенной алюминием (9,71…13,10 %). Морфологические особенности этой фазы могут оказывать положительное влияние на механические характеристики паяных соединений. Для изучения механизма данного процесса необходимо проведение дополнительных детальных исследований.
Источник: журнал "Автоматическая сварка"
[DETAIL_TEXT_TYPE] => html
[~DETAIL_TEXT_TYPE] => html
[PREVIEW_TEXT] => Свойства паяных соединений обусловлены их микроструктурой. Поэтому металлографические и микрорентгеноспектральные исследования паяных соединений имеют большое значение при выборе химического состава припоя и параметров технологического режима пайки.
[~PREVIEW_TEXT] => Свойства паяных соединений обусловлены их микроструктурой. Поэтому металлографические и микрорентгеноспектральные исследования паяных соединений имеют большое значение при выборе химического состава припоя и параметров технологического режима пайки.
[PREVIEW_TEXT_TYPE] => text
[~PREVIEW_TEXT_TYPE] => text
[DETAIL_PICTURE] =>
[~DETAIL_PICTURE] =>
[TIMESTAMP_X] => 09.04.2024 11:08:48
[~TIMESTAMP_X] => 09.04.2024 11:08:48
[ACTIVE_FROM] => 26.01.2017
[~ACTIVE_FROM] => 26.01.2017
[LIST_PAGE_URL] => /news/
[~LIST_PAGE_URL] => /news/
[DETAIL_PAGE_URL] => /news/115/42272/
[~DETAIL_PAGE_URL] => /news/115/42272/
[LANG_DIR] => /
[~LANG_DIR] => /
[CODE] => vliyanie_depressantov_i_osnovnogo_metalla_na_mikrostrukturu_payanykh_shvov_soedineniy_splava_na_osno
[~CODE] => vliyanie_depressantov_i_osnovnogo_metalla_na_mikrostrukturu_payanykh_shvov_soedineniy_splava_na_osno
[EXTERNAL_ID] => 42272
[~EXTERNAL_ID] => 42272
[IBLOCK_TYPE_ID] => news
[~IBLOCK_TYPE_ID] => news
[IBLOCK_CODE] => news
[~IBLOCK_CODE] => news
[IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1
[~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1
[LID] => s1
[~LID] => s1
[NAV_RESULT] =>
[DISPLAY_ACTIVE_FROM] => 26.01.2017
[IPROPERTY_VALUES] => Array
(
[SECTION_META_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[SECTION_META_KEYWORDS] => влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе ni3al со сплавом инконель 718
[SECTION_META_DESCRIPTION] => Свойства паяных соединений обусловлены их микроструктурой. Поэтому металлографические и микрорентгеноспектральные исследования паяных соединений имеют большое значение при выборе химического состава припоя и параметров технологического режима пайки.
[SECTION_PAGE_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[ELEMENT_META_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[ELEMENT_META_KEYWORDS] => влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе ni3al со сплавом инконель 718
[ELEMENT_META_DESCRIPTION] => Свойства паяных соединений обусловлены их микроструктурой. Поэтому металлографические и микрорентгеноспектральные исследования паяных соединений имеют большое значение при выборе химического состава припоя и параметров технологического режима пайки.
[ELEMENT_PAGE_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[SECTION_PICTURE_FILE_ALT] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[SECTION_PICTURE_FILE_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_ALT] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
[ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
)
[FIELDS] => Array
(
[TAGS] =>
)
[DISPLAY_PROPERTIES] => Array
(
)
[IBLOCK] => Array
(
[ID] => 1
[~ID] => 1
[TIMESTAMP_X] => 15.02.2016 17:09:48
[~TIMESTAMP_X] => 15.02.2016 17:09:48
[IBLOCK_TYPE_ID] => news
[~IBLOCK_TYPE_ID] => news
[LID] => s1
[~LID] => s1
[CODE] => news
[~CODE] => news
[NAME] => Пресс-центр
[~NAME] => Пресс-центр
[ACTIVE] => Y
[~ACTIVE] => Y
[SORT] => 500
[~SORT] => 500
[LIST_PAGE_URL] => /news/
[~LIST_PAGE_URL] => /news/
[DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/#ELEMENT_ID#/
[~DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/#ELEMENT_ID#/
[SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/
[~SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/news/#SECTION_ID#/
[PICTURE] =>
[~PICTURE] =>
[DESCRIPTION] =>
[~DESCRIPTION] =>
[DESCRIPTION_TYPE] => text
[~DESCRIPTION_TYPE] => text
[RSS_TTL] => 24
[~RSS_TTL] => 24
[RSS_ACTIVE] => Y
[~RSS_ACTIVE] => Y
[RSS_FILE_ACTIVE] => N
[~RSS_FILE_ACTIVE] => N
[RSS_FILE_LIMIT] => 0
[~RSS_FILE_LIMIT] => 0
[RSS_FILE_DAYS] => 0
[~RSS_FILE_DAYS] => 0
[RSS_YANDEX_ACTIVE] => N
[~RSS_YANDEX_ACTIVE] => N
[XML_ID] => clothes_news_s1
[~XML_ID] => clothes_news_s1
[TMP_ID] => 7892ec079502a4fafaa420df15fe1cad
[~TMP_ID] => 7892ec079502a4fafaa420df15fe1cad
[INDEX_ELEMENT] => Y
[~INDEX_ELEMENT] => Y
[INDEX_SECTION] => Y
[~INDEX_SECTION] => Y
[WORKFLOW] => N
[~WORKFLOW] => N
[BIZPROC] => N
[~BIZPROC] => N
[SECTION_CHOOSER] => L
[~SECTION_CHOOSER] => L
[LIST_MODE] =>
[~LIST_MODE] =>
[RIGHTS_MODE] => S
[~RIGHTS_MODE] => S
[SECTION_PROPERTY] => N
[~SECTION_PROPERTY] => N
[PROPERTY_INDEX] => N
[~PROPERTY_INDEX] => N
[VERSION] => 1
[~VERSION] => 1
[LAST_CONV_ELEMENT] => 0
[~LAST_CONV_ELEMENT] => 0
[SOCNET_GROUP_ID] =>
[~SOCNET_GROUP_ID] =>
[EDIT_FILE_BEFORE] =>
[~EDIT_FILE_BEFORE] =>
[EDIT_FILE_AFTER] =>
[~EDIT_FILE_AFTER] =>
[SECTIONS_NAME] => Разделы
[~SECTIONS_NAME] => Разделы
[SECTION_NAME] => Раздел
[~SECTION_NAME] => Раздел
[ELEMENTS_NAME] => Новости
[~ELEMENTS_NAME] => Новости
[ELEMENT_NAME] => Новость
[~ELEMENT_NAME] => Новость
[CANONICAL_PAGE_URL] =>
[~CANONICAL_PAGE_URL] =>
[EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1
[~EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1
[LANG_DIR] => /
[~LANG_DIR] => /
[SERVER_NAME] => www.alfa-industry.ru
[~SERVER_NAME] => www.alfa-industry.ru
)
[SECTION] => Array
(
[PATH] => Array
(
[0] => Array
(
[ID] => 115
[~ID] => 115
[TIMESTAMP_X] => 2015-11-25 18:37:33
[~TIMESTAMP_X] => 2015-11-25 18:37:33
[MODIFIED_BY] => 2
[~MODIFIED_BY] => 2
[DATE_CREATE] => 2015-09-29 20:10:16
[~DATE_CREATE] => 2015-09-29 20:10:16
[CREATED_BY] => 1
[~CREATED_BY] => 1
[IBLOCK_ID] => 1
[~IBLOCK_ID] => 1
[IBLOCK_SECTION_ID] =>
[~IBLOCK_SECTION_ID] =>
[ACTIVE] => Y
[~ACTIVE] => Y
[GLOBAL_ACTIVE] => Y
[~GLOBAL_ACTIVE] => Y
[SORT] => 500
[~SORT] => 500
[NAME] => Технические статьи
[~NAME] => Технические статьи
[PICTURE] =>
[~PICTURE] =>
[LEFT_MARGIN] => 21
[~LEFT_MARGIN] => 21
[RIGHT_MARGIN] => 22
[~RIGHT_MARGIN] => 22
[DEPTH_LEVEL] => 1
[~DEPTH_LEVEL] => 1
[DESCRIPTION] =>
[~DESCRIPTION] =>
[DESCRIPTION_TYPE] => text
[~DESCRIPTION_TYPE] => text
[SEARCHABLE_CONTENT] => ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
[~SEARCHABLE_CONTENT] => ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
[CODE] =>
[~CODE] =>
[XML_ID] => 115
[~XML_ID] => 115
[TMP_ID] =>
[~TMP_ID] =>
[DETAIL_PICTURE] =>
[~DETAIL_PICTURE] =>
[SOCNET_GROUP_ID] =>
[~SOCNET_GROUP_ID] =>
[LIST_PAGE_URL] => /news/
[~LIST_PAGE_URL] => /news/
[SECTION_PAGE_URL] => /news/115/
[~SECTION_PAGE_URL] => /news/115/
[IBLOCK_TYPE_ID] => news
[~IBLOCK_TYPE_ID] => news
[IBLOCK_CODE] => news
[~IBLOCK_CODE] => news
[IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1
[~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => clothes_news_s1
[EXTERNAL_ID] => 115
[~EXTERNAL_ID] => 115
[IPROPERTY_VALUES] => Array
(
[SECTION_META_TITLE] => Технические статьи
[SECTION_META_KEYWORDS] => технические статьи
[SECTION_META_DESCRIPTION] =>
[SECTION_PAGE_TITLE] => Технические статьи
[ELEMENT_META_TITLE] => Технические статьи
[ELEMENT_META_KEYWORDS] => технические статьи
[ELEMENT_META_DESCRIPTION] =>
[ELEMENT_PAGE_TITLE] => Технические статьи
[SECTION_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи
[SECTION_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи
[SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи
[SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи
[ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи
[ELEMENT_PREVIEW_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи
[ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Технические статьи
[ELEMENT_DETAIL_PICTURE_FILE_TITLE] => Технические статьи
)
)
)
)
[SECTION_URL] => /news/115/
)
Влияние депрессантов и основного металла на микроструктуру паяных швов соединений сплава на основе Ni3AL со сплавом инконель 718
26.01.2017
Пайка находит широкое применение во многих отраслях промышленности благодаря возможности сохранять структуру основного металла (поскольку расплавляется только припой, который имеет более низкую температуру плавления) и возможности соединять материалы в труднодоступных местах. В настоящее время существует большое количество припоев для высокотемпературного применения. Однако каждый паяемый материал требует индивидуального подхода при выборе состава припоя, что обусловлено его структурными особенностями, конкретными условиями эксплуатации и требуемыми механическими свойствами паяных соединений. Свойства паяных соединений определяются микроструктурой паяных швов. Поэтому большое внимание уделяется металлографическим и микрорентгеноспектральным исследованиям паяных соединений, которые обуславливают выбор химического состава припоя и параметры технологического режима пайки.
Актуальность таких исследований возрастает при создании технологических процессов получения паяных соединений из материалов нового поколения, к которым относятся никелевые сплавы на основе интерметаллида γ′-Ni3Al. Интерметаллическое соединение Ni3Al обладает высокой температурой плавления (1385 °С), пониженной плотностью (7,5 кг/м3) и термической стабильностью структуры до температуры плавления.
В данной работе представлены результаты металлографических и микрорентгеноспектральных исследований по изучению влияния химического состава основного металла (сплава на основе Ni3Al) и депрессантов (бора) на структуру и морфологическое строение паяных соединений, полученных с использованием припоев систем Ni–Cr–Fe–B–Si и Ni–Pd–Cr–X. Для проведения экспериментов в качестве основного металла использовали никелевые жаропрочные сплавы на основе интерметаллида Ni3Al в однородном и разнородном сочетании с деформируемым никелевым сплавом Инконель 718 (табл. 1).
Вакуумную пайку нахлесточных соединений образцов проводили в вакуумной печи (1,33×10–4 Па) с радиационным нагревом. Никелевый сплавна основе Ni3Al паяли c деформируемым сплавом Инконель 718 палладиевым припоем Ni–Pd–Cr–X по режиму 1, борсодержащим припоем BMF-20 (Ni–Cr–Fe–B–Si) по режиму 2 (рис. 1).
По стандартной методике изготавливали микрошлифы паяных соединений для проведения металлографических и микрорентгеноспектральных исследований с привлечением электронного растрового микроскопа TescanMira 3 LMU, оснащенного энергодисперсионным спектрометром Oxford Instruments X-max 80 mm2 (с программным обеспечением INCA). Локальность микрорентгеноспектральных измерений не превышала 1 мкм. Распределение химических элементов и съемку микроструктур проводили в режиме обратно — отраженных электронов (BSI), позволяющих различать структурные составляющие по атомной массе (без химического травления).
При визуальном осмотре полученных образцов в обоих случаях наблюдалось хорошее смачивание припоями паяемых металлов, затекание в капиллярные зазоры, формирование полных галтелей (рис. 2).
Металлографические исследования показали, что при использовании припоя системы Ni–Cr– Fe–B–Si в паяном шве и основном металле Инконель 718 на фоне светлой матрицы наблюдаются игловидные частицы темной фазы (рис. 3, а–в). Исследование распределения элементного состава в локальных участках паяного соединения, проведенное с помощью микрорентгеноспектрального анализа, выявило повышенную концентрацию хрома в этих частицах (рис. 3, г; табл. 2, спектр 1, 2). Выделяются они преимущественно в зоне сплава Инконель 718 (нижний образец), прилегающей ко шву, и на межфазной границе в зоне шва.
При исследовании изменения концентрации элементов по линии сканирования, проходящей через эту частицу, наблюдается повышенное содержание бора и одновременное понижение содержания никеля, что свидетельствует об образовании фазы, содержащей бор. Это можно объяснить высоким содержанием хрома (19 %) в паяемом материале Инконель 718 по сравнению со сплавом на основе Ni3Al (4 %), что создает возможность дополнительного поступления хрома в жидкий припой (во время пайки), и способствует активному образованию и выделению боридов хрома. На границе с никелевым сплавом на основе Ni3Al (верхний образец) количество таких выделений незначительно (рис. 3, а, б).
Исследование химической неоднородности паяных соединений показало, что повышенная концентрация хрома (24,78…37,93 %) наблюдается в игловидных частицах в зоне паяного шва со стороны Инконель 718 и в центральной зоне шва (рис. 3, г; табл. 2). В последнем случае фаза на основе хрома выделяется в виде непрерывной полосы. Такие структурные особенности неблагоприятно влияют на свойства паяных соединений.
При пайке алюминидов никеля в однородном сочетании (по аналогичному режиму) в центральной зоне паяного шва наблюдается выделение крупных темных частиц на основе никеля и хрома, обогащенных бором (рис. 4; табл. 3).
Полученные результаты исследований показывают, что при пайке образуются два типа бори- дов: на основе никеля и на основе хрома. При сканировании по линии, перпендикулярно паяному шву, наблюдается повышение концентрации бора и хрома в центральной зоне шва (рис. 5) и, соответственно, понижение никеля, что хорошо согласуется с предыдущими результатами и является подтверждением наличия боридных фаз в центре.
Аналогичное формирование паяных швов и распределение элементов наблюдается при пайке борсодержащими припоями нержавеющей стали. Во время пайки бор активно диффундирует из паяного шва в нержавеющую сталь и борсодержащие фазы выделяются по границам зерен основного металла. Наличие такой фазы отрицательно влияет на механические свойства и коррозионную стойкость паяных соединений. Образование легкоплавких боридных эвтектик и силицидов в паяных швах и паяемом материале отрицательно влияет на длительную прочность при повышенной температуре.
В связи с этим дальнейшие исследования направлены на то, чтобы исключить образование хрупких фаз в паяном соединении. Для этого использовали опытный палладиевый припой на основе твердого раствора, не содержащий бор и кремний. В качестве депрессанта использовали германий, который имеет большую область растворимости в никеле по сравнению с кремнием. В исходном, литом состоянии микроструктура данного припоя состоит из матрицы – твердого раствора на основе никеля и дисперсных частиц фазы на основе палладия, обогащенной германием.
Микроструктура паяных швов соединений Ni3Al + Инконель 718, полученных с помощью палладиевого припоя по режиму 1 (рис. 1), состоит из твердого раствора на основе никеля и дисперсной фазы на основе палладия, обогащенной алюминием до 9,71 % (рис. 6, а; табл. 4). Количество данной фазы на фоне паяного шва незначительно, выделяется она в виде единичных дисперсных частиц (островков размером до 20 мкм) в матрице твердого раствора и может выступать как вторичная упрочняющая фаза.
В твердом растворе на основе никеля выявлено в незначительных количествах составляющие элементы паяемых материалов. Так, концентрация железа составляет 6,99 %, алюминия – не превышает 1,78 %., Объясняется это наличием градиента концентраций на межфазной границе, приводящей к насыщению металла шва составляющими элементами основного металла. Надо отметить, что германий выявлен только в твердом растворе и его концентрация не превышает 0,54 %.
В некоторых участках шов сложно визуализировать, в качестве паяного шва служит осветленная полоса — твердый раствор на основе никеля, содержащий составляющие элементы припоя и паяемого материала. В твердом растворе содержание алюминия повышается от нуля до 3,34 %, в то время как в паяемом материале его количество составляет 7,16 % (рис. 6, б; табл. 5).
В галтельных участках (прямой и обратной) наблюдается аналогичное формирование структуры (как в паяном шве): твердый раствор на основе никеля и дисперсные выделения фазы на основе палладия (рис. 6, а, б). Выявлена разница в концентрации алюминия: в палладиевой фазе в паяном шве она большая и составляет 13,10 % по сравнению с концентрацией алюминия в ана- логичной фазе в галтельном участке — 9,23 % (рис. 7; табл. 6). Интенсивность и скорость роста данной фазы определяются коэффициентами диффузии для каждого элемента. В паяном шве большая протяженность межфазной границы, узкий зазор между паяемыми металлами создают более благоприятные условия для протекания диффузионных процессов, что способствует активному насыщению металла шва алюминием.
Известно, что прочность паяных соединений и их эксплуатационные характеристики определяются прочностью межфазной связи элементов припоя с элементами основного металла. Другими словами, если образуются прочные соединения в паяном шве, преимущественно твердые растворы, то они обеспечивают большую прочность, чем грубые боридные фазы. Следует подчеркнуть, что диффузионные слои и интерметаллидные фазы в виде сплошных полос вдоль паяного шва, которые могут снижать свойства паяных соединений, не образуются при пайке палладиевым припоем.
Установлено, что при пайке жаропрочного никелевого сплава на основе интерметаллида Ni3Al между собой и с деформируемым никелевым сплавом марки Инконель 718 борсодержащим припоем в паяном шве и диффузионной зоне основного металла (Инконель 718) образуются бориды хрома.
При использовании припоя на базе системы Ni–Pd–Cr–X (Ge, Co) получены плотные бездефектные паяные швы. При изучении химического состава и морфологии паяных соединений выяснен интересный факт, что микроструктура паяного шва и исходного припоя отличаются не только химическим составом, но и морфологическим строением. Обусловлено это наличием градиента концентраций на межфазной границе паяемый материал — жидкий припой, разной величиной коэффициентов диффузии отдельных элементов, неравновесными условиями кристаллизации металла паяного, приводящими к активным диффузионным процессам во время пайки. При использовании для пайки алюминида никеля палладиевого припоя, не содержащего алюминий, паяный шов состоит из твердого раствора на основе никеля и единичных выделений дисперсной фазы Pd (X) Al, обогащенной алюминием (9,71…13,10 %). Морфологические особенности этой фазы могут оказывать положительное влияние на механические характеристики паяных соединений. Для изучения механизма данного процесса необходимо проведение дополнительных детальных исследований.
Источник: журнал "Автоматическая сварка"
Просмотров: 1387
Распечатать