Термическая обработка металлов и сплавов

Рис. 4.11.1. Технологические факторы определяющие свойства паяных соединений.

Таблица 4.11.1. Температура плавления некоторых конструкционных материалов

Восстановление пайкой. Лужение

При восстановлении радиаторов, различных тонкостенных емкостей, трубопроводов широко используют пайку.

В качестве припоев для пайки металлов применяют как чистые металлы, так и их сплавы.

Для получение качественных паяных соединений, припои должны отвечать следующим требованиям:

- температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления паяемых материалов;

- для соединений, работающих при температурах выше 100 ^оС, припои, имеющие температуру плавления ниже 300 ^оС, применять не рекомендуется;

- припой должен хорошо смачивать поверхность паяемых деталей и затекать в зазоры соединения;

- выбранный припой должен обеспечивать получение соединения необходимой прочности;

- припой должен обеспечивать возможность нанесения антикоррозионного или декоративного покрытия требуемого качества.

В соответствии с ГОСТ 19248-78 по температуре расплавления t_пл припои подразделяют на:

- особолегкоплавкие (t_пл < 145 ^оС);

- легкоплавкие (145 < t_пл < 450 ^оС);

- среднеплавкие (450 < - t_пл < 1100 ^оС);

- высокоплавкие (1100 < t_пл < 1850 ^оС);

- тугоплавкие (t_пл > 1850 ^оС).

Высокотемпературная пайка дает более прочные соединения, иногда не уступающие по прочности основному материалу.

Соединения, выполненные серебряными, медными и медно-цинковыми припоями, хорошо покрываются почти всеми видами гальванических покрытий. Соединения припоями, содержащими олово, не cлeдуeт подвергать гальваническим покрытиям и оксидированию.

Марки и области применения медных припоев приведены в табл. 4.11.2; - медно-цинковых припоев, припоев системы серебро-медь-цинк, а также оловянно-свинцовых, магниевых и на основе алюминия припоев - в табл. 4.11.3 - 4.11.7.

Паяльный флюс - химически активное вещество, предназначенное для очистки и поддержания чистоты поверхностей паяемого металла и припоя с целью снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания жидкого припоя.

К флюсам предъявляется целый ряд требований. Так, необходимо, чтобы флюс химически не взаимодействовал с припоем (кроме случаев реактивно-флюсовой пайки); очищал поверхности основного металла и припоя от присутствующих на них окислов и защищал соединение от воздействия окружающей среды во время пайки; имел температуру плавления ниже температуры плавления припоя; способствовал смачиванию поверхности основного металла припоем в расплавленном состоянии; сохранял свойства и не менял своего состава от нагрева припайке; не вызывал сильной коррозии паяного соединения и не выделял при нагреве ядовитых газов.

В зависимости от температурного интервала активности паяные флюсы подразделяют на низкотемпературные (t_пл < 450⁰С) и высокотемпературные (t_пл > 450⁰С) (ГОСТ 19250-73).

Для пайки наиболее применимы флюсы: бура Nа₂В₄O₇, борная кислота Н₂ВО₃, хлористый цинк ZnCl₂, фтористый калий KF и др. Составы широко применяемых флюсов для низко- и высокотемпературной пайки и область их применения приведены в табл. 4.11.8.

Формирование паяного соединения происходит под влиянием различных факторов (рис. 4.11.1).

В некоторых случаях получение качественного паяного соединения при хорошей смачиваемости затруднено образованием на границе припой - паяемый металл хрупких прослоек интерметаллических соединений. В этом случае получение соединения с требуемыми свойствами зависит от взаимодействия припоя и паяемого металла. Факторами, влияющими на этот процесс, являются состав и свойства паяемого металла и припоя, температура и время выдержки при пайке и величина зазора (табл. 4.11.8).

При пайке металла с керамикой, стеклом, когда имеется значительная разность в коэффициентах термического расширения и один из материалов или оба имеют низкие пластические свойства, получение работоспособных соединений может быть затруднено из-за возникновения напряжений и разрушения спая в процессе охлаждения.

К технологическим факторам, влияющим на напряженное состояние соединения, можно отнести состав и свойства паяемых материалов и припоя, термический цикл пайки, конструкцию паяных соединений и все факторы, влияющие на взаимодействие припоя и металла.

В настоящее время принята классификация способов пайки по различным признакам.

По условию заполнения паяльного зазора различают виды пайки: капиллярный и некапиллярный. При капиллярной пайке заполнение припоем зазора и удержание его в зазоре происходит под действием поверхностного натяжения капиллярных сил. При некапиллярной пайке зазор заполняется припоем преимущественно под действием силы тяжести или другой внешней силы.

К некапиллярным способам пайки (применяемым относительно редко) отнесены сваркопайка (способ соединения разнородных металлов с различной температурой плавления, при котором расплавляется только более легкоплавкий металл, играющий роль припоя) и пайка заливкой, при которой соединение образуется через припой, заливаемый в полость, имеющуюся в одной из соединяемых деталей или в специальном приспособлении.

В зависимости от происхождения припоя различают следующие способы пайки: готовым припоем и контактно-реактивную, для которой роль припоя выполняет жидкая фаза, образующаяся в результате химической реакции с компонентами флюса.

Одним из перспективных видов припоя является композиционный припой, содержащий порошковый наполнитель, не расплавляющийся при пайке. Наполнитель создает в зазоре систему капилляров, что позволяет паять изделия с большими зазорами. Кроме того, наполнитель участвует в диффузионном взаимодействии с припоем и может быть использован для придания соединению специальных свойств.

По способу удаления окисной пленки при пайке и лужении различают флюсовую и бесфлюсовую пайку, ультразвуковые пайку и лужение, абразивное, абразивно-кристаллическое и абразивно-кавитационное лужение, пайку в активных, нейтральных газах и в вакууме. При ультразвуковой пайке и лужении, абразивном, абразивно-кристаллическом и абразивно-кавитационном лужении происходит механическое разрушение оксидной пленки на поверхности паяемого материала под слоем расплавленного припоя, смачивающего очищенную поверхность, за счет явления кавитации, вызываемой ультразвуковыми колебаниями, или абразивного воздействия твердых частиц, содержащихся в припое.

По источникам нагрева существующие способы пайки разделяют на пайку паяльником, газопламенную, дуговую, электросопротивлением, экзотермическую (использующую теплоту, образующуюся при экзотермических реакциях специальных смесей), электронным лучом (чаще сканирующим), лазерную, световым излучением (с помощью кварцевых ламп и ксеноновых ламп высокого давления), печную, погружением в расплавленные соли или припои, волной припоя, нагретыми штампами, матами, блоками.

Конкретная структура соединения зависит от многих факторов - химического состава припоя и паяемого металла, температуры пайки, времени выдержки при температуре пайки, скорости нагрева и охлаждения.

Технологический процесс паяния. Перед паянием соединяемые детали тщательно подгоняют, зачищают от окислов, ржавчины и грязи механическим путем. Детали, имеющие жировые или масляные пленки, обезжиривают в бензине или керосине либо в горячих щелочных растворах.

При сборке под паяние следует выдерживать определенный зазор. От зазора зависит диффузионный обмен припоя с основным металлом и прочность соединения. При паянии мягкими припоями этот зазор должен быть в пределах 0,05 — 0,2 мм, а твердыми— 0,03 — 0,05 мм. Сборку под паяние следует выполнять с применением специальных приспособлений.

При паянии мягкими припоями используют паяльники или погружают деталь в расплав припоя.

При паянии твердыми припоями (медно-цинковыми) сначала наносят на место пайки флюс в виде порошка или пасты. Затем в шов укладывают припой. В зависимости от формы шва и детали припой может быть в виде пластинки, кольца, проволоки. Процесс нагрева деталей при пайке может быть газопламенный (сварочной горелкой), электрический (электроконтактный или токами высокой частоты), в печах или в соляных ваннах, в кузнечном горне, или паяльной лампой. После паяния деталь медленно охлаждают, очищают от избытка припоя и промывают водой.

При восстановлении деталей с применением ремонтных размеров и наплавки широко используют для повышения износостойкости и сопротивления усталости термические и химико-термические процессы.

Термическая обработка стали. Любой процесс термической обработки металла состоит из нагрева до заданной температуры, выдержки и охлаждения (рис. 4.12.1).

Рис. 4.12.1. График (режим) термической обработки (простая термическая обработка):

Τ_max - температура нагрева; τ_н, τ_в и τ_о - продолжительность соответственно нагрева, выдержки и охлаждения; V_ист - истинная скорость охлаждения, определяемая тангенсом угла наклона касательной к кривой охлаждения

Длительность нагрева и выдержки изделия (детали) при заданной температуре зависит от вида нагревающей среды; формы изделия, его теплопроводности, а также от времени, необходимого для завершения структурных превращений.

Время выдержки (мин) в нагревательных печах можно ориентировочно определять по следующей формуле:

τ_в = [D (δ) ]/5,

где D (δ) - диаметр (толщина) изделия, мм.

Скорость охлаждения выбирают в зависимости от вида термической обработки, назначения изделий, подвергающихся термообработке, и химического состава стали. Скорость охлаждения изменяют подбором сред с разной охлаждающей способностью.

Основными видами термической обработки, изменяющими структуру и свойства стали, являются: отжиг, нормализация, закалка, отпуск и обработка холодом (рис. 4.12.2).

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 579; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!