×
10.07.2015
216.013.5cba

СПОСОБ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ ПОРОШКОВОГО ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано для изготовления деталей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов методом диффузионной сварки, например, при изготовлении рабочих лопаток и дисков газовых турбин. После сборки элементов под сварку проводят вакуумирование и нагрев их до температуры, не превышающей температуру сольвуса более чем на 10°C. Прикладывают сварочное усилие, составляющее 1,5-2,5 кг/мм с выдержкой в течение 1,5-2 ч. Затем снимают сварочное усилие и проводят выдержку в течение 2 ч. Осуществляют ступенчатое охлаждение сначала до температуры 800°C со скоростью не ниже 50°С/мин и выдержкой 8 ч, затем до температуры 700°C со скоростью 25-30°С/мин с выдержкой 8 ч, а затем до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин. Способ обеспечивает получение сварного соединения с прочностью не менее 90% от прочности основного материала и с сохранением однородной мелкозернистой рекристаллизованной структуры, что позволяет проводить дальнейшую механическую обработку деталей. При этом сохраняется жаропрочность сварного соединения при высоких температурах, а также значительно увеличивается ресурс и надежность деталей, работающих в условиях нагружения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к сварке, а именно к способам соединения деталей из порошкового жаропрочного сплава на никелевой основе методом диффузионной сварки, и может быть использовано для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в двигателях внутреннего сгорания, паровых и газовых турбин, реактивных двигателях, атомно-энергетических установках и т.д.

Аналогом данного изобретения является способ диффузионной сварки сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов (Казаков Н. Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: «Машиностроение», 1976 г., 312 с.). Способ заключается в том, что диффузионную сварку проводят при температуре 1000°C, удельное давление сжатия 2 кг/мм2, с последующей выдержкой при 1200°C в течение 20 мин.

Недостатком этого способа является то, что за время сварки при указанной температуре (не более 20 мин) не успевает сформироваться прочное соединение. Прикладываемое удельное давление приводит к пластической деформации деталей >10%, что способствует укрупнению и росту зерен, а это снижение прочности сварного соединения. Медленное охлаждение после сварки также влечет за собой изменение микроструктуры - наблюдается рост зерна. Свойства, характеризующие пластичность, по сравнению со свойствами основного металла занижены. Сварное соединение имеет низкую прочность на разрыв.

Известен способ диффузионной сварки жаропрочного сплава на кобальтовой основе с керамикой на основе нитрида кремния (заявка Японии, МПК B23K 20/00, заявка №1-44434, опубликовано 27.09.89), по которому между сварными деталями помещают тонкую металлическую прослойку.

Конструкционные элементы нагревают до температуры плавления прослойки. Прослойку изготавливают из сплава, содержащего в качестве одного из компонентов железо, никель, кобальт, алюминий.

Известен способ диффузионной сварки (патент №2025241, МПК B23K 20/16, опубл. 30.12.1994 г.), согласно которому, по крайней мере, на поверхности одной из свариваемых деталей выполняют полость и заполняют ее защитно-активирующей средой в виде экзотермической смеси. Подготовленные к сварке детали сжимают, нагревают до температуры сварки с высокой скоростью, осуществляют изотермическую выдержку и после образования соединения детали охлаждают. Под действием температуры и давления происходит вытеснение защитно-активирующей среды из полости и ее подача на разогретые свариваемые поверхности, что приводит к получению качественного соединения за счет удаления окисных пленок и смятия микронеровностей поверхности. Однако защита свариваемых поверхностей от окисления оказывается недостаточной, приводит к снижению качества сварки.

Недостатком этого способа является то, что для двигателестроения, где предъявляются высокие требования к характеристикам сварных соединений, химическому составу и микроструктуре зоны сварки нагрев до температуры сварки с высокой скоростью недопустим, так как это значительно влияет на изменение микроструктуры, эксплуатационные и прочностные характеристики сварных деталей. На свариваемой детали выполнение полости значительно ограничивает конструкторские замыслы. Отсутствие последующей термической обработки после сварки не позволяет стабилизировать прочностные свойства соединений.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа диффузионной сварки порошкового жаропрочного сплава на никелевой основе без промежуточных прослоек в вакууме с оптимальным подбором режимов сварки и последующей термической обработки. Это позволяет:

- исключить изменения в структуре свариваемого материала;

- минимизировать пластическую деформацию детали;

- обеспечить необходимую стабильную прочность соединения.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе диффузионной сварки порошковых жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающем сборку элементов под сварку, вакуумирование, нагрев до температуры сварки, приложение сварочного усилия, выдержку и охлаждение, нагрев осуществляют со скоростью, не превышающей 30°C/мин, до температуры, не превышающей температуру сольвуса сплава на 10°C, при достижении температуры сварки прикладывают сварочное усилие, обеспечивающее пластическую деформацию свариваемых деталей, не превышающую 5%, снимают сварочное усилие и выдерживают при температуре сварки в течение 1,5-2 часов, после чего проводят ступенчатое охлаждение, обеспечивающее выделение упрочняющих частиц, стабилизацию структуры сплава. К свариваемым элементам прикладывают сварочное усилие, составляющее 1,5-2,5 кг/мм2. Охлаждение осуществляют ступенчато: сначала со скоростью не ниже 50°C/мин до температуры 800°C с выдержкой при этой температуре в течение 8 час, затем до температуры 700°C со скоростью 25-30°C/мин с выдержкой при этой температуре в течение 8 часов, охлаждение до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин.

Экспериментально установлено, что при удельном давлении 1,5-2,5 кг/мм2 пластическая деформация свариваемых деталей не превышает 5%, что указывает на то, что происходит лишь деформация микровыступов на свариваемых поверхностях. А это, в свою очередь, не приводит к структурным изменениям в сплаве, что положительно влияет на прочность сварного соединения. Кроме того, для повышения технологических характеристик после снятия сварочного усилия проводят выдержку в течение 1,5-2 часов при этой же температуре. Затем охлаждают до температуры 800°C со скоростью не ниже 50°C/мин, выдерживают 8 часов, охлаждают до 700°C со скоростью 25-30°C/мин, выдерживают 8 часов и охлаждают до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выбранный режим, включающий диффузионную сварку и последующую термообработку, позволяет активизировать диффузионные процессы, протекающие в зоне контакта. А выбранная скорость охлаждения и ступенчатое термическое воздействие способствуют выделению упрочняющих частиц, стабилизации структуры сплава, что обеспечивает высокий уровень прочности и неизменность микроструктуры материала. Все это увеличивает ресурс и надежность сварной конструкции, работающей в условиях жесткого нагружения.

Пример 1. Были изготовлены детали из сплава ВВ751П с размерами 17×40 каждая. Детали под сварку собирались торцевыми поверхностями и помещались в диффузионную установку. Рабочую камеру установки вакуумировали, нагревали до температуры сварки, не превышающей температуру сольвуса сплава на 10°C Tсв=1100°C. Нагрев осуществляли со скоростью, не превышающей 30°C/мин. При достижении сварочной температуры к элементам прикладывали сварочное усилие 2 кг/мм2 в течение 2 часов. По истечении времени сварочное усилие снималось и элементы выдерживали при температуре сварки в течение 2 часов, после чего производилось ступенчатое охлаждение сначала со скоростью не ниже 50°C/мин до температуры 800°C с выдержкой при этой температуре в течение 8 час, затем до температуры 700°C со скоростью 25-30°C/мин с выдержкой при этой температуре в течение 8 часов, охлаждение до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин.

Пример 2. Были изготовлены детали из сплава ВВ751П с размерами 17×40 каждая. Детали присоединялись торцевыми поверхностями и помещались в диффузионную установку где производилось вакуумирование, нагрев до температуры сварки не превышающей температуру сольвуса сплава на 10°C Tсв=1050°C, нагрев осуществляли со скоростью, не превышающей 30°C/мин. При достижении сварочной температуры к элементам прикладывали сварочное усилие 1,5 кг/мм2 в течение 1,5 часов. Снималось сварочное усилие и элементы выдерживали при температуре сварки в течение 2 часов, после чего производилось ступенчатое охлаждение сначала со скоростью не ниже 50°C/мин до температуры 800°C с выдержкой при этой температуре в течение 8 час, затем до температуры 700°C со скоростью 25-30°C/мин с выдержкой при этой температуре в течение 8 часов, охлаждение до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин.

Пример 3. Были изготовлены детали из сплава ВВ751П с размерами 17×40 каждая. Детали присоединялись торцевыми поверхностями и помещались в диффузионную установку где производилось вакуумирование, нагрев до температуры сварки не превышающей температуру сольвуса сплава на 10°C Tсв=1070°C, нагрев осуществляли со скоростью, не превышающей 30°C/мин. При достижении сварочной температуры к элементам прикладывали сварочное усилие 2 кг/мм2 в течение 2 часов. Снималось сварочное усилие и элементы выдерживали при температуре сварки в течение 2 часов, после чего производилось ступенчатое охлаждение сначала со скоростью не ниже 50°C/мин до температуры 800°C с выдержкой при этой температуре в течение 8 час, затем до температуры 700°C со скоростью 25-30°C/мин с выдержкой при этой температуре в течение 8 часов, охлаждение до комнатной температуры со скоростью не более 30°C/мин.

Результаты испытаний механических свойств деталей из ВВ751П при температуре 20°C и рабочей температуре 650°C по стандартным методикам испытания представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает на деталях при рабочей температуре 650°C получение жаропрочности гораздо выше по сравнению с прототипом и более высокий уровень прочности, сохранение высокой пластичности. Сварные соединения имеют механические свойства, равноценные основному металлу.

В результате применения предлагаемый способ сварки деталей из порошкового жаропрочного сплава на никелевой основе методом диффузионной сварки позволяет значительно повысить их ресурс и надежность. Кроме того, возможность получения сварных соединений из таких сплавов может привести к изменению конструкций двигателей, уменьшению их массы.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 34 items.
10.06.2014
№216.012.cd80

Вибрационный вакуумный микрогироскоп

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопии и может быть использовано в приборостроении, авиакосмической отрасли и машиностроении. В вибрационном вакуумном гироскопе магнитная система содержит немагнитное центрирующее кольцо, установленное на магните, верхний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518379
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.da5c

Способ изготовления вакуумного микрогироскопа

(57) Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к гироскопии, и может быть использовано в приборостроении, авиакосмической отрасли и машиностроении. Технический результат - повышение качества и обеспечение технологичности изготовления. Для этого обезгаживание,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521678
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.08.2014
№216.012.e991

Комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенная комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система (КЭНС) предназначена для обеспечения автономной высокоточной коррекции на основе использования информации о нескольких поверхностных физических полях Земли,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525601
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.09.2014
№216.012.f9b0

Способ подготовки инерциальной навигационной системы к полету

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение в составе комплексов навигационно-пилотажного оборудования летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого осуществляют совмещение процесса начальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529757
Дата охранного документа: 27.09.2014
27.06.2015
№216.013.582c

Блок электронный

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и может быть использовано в конструкциях блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в состав которых устанавливаются сменные модули электронные, и, работающих в условиях повышенного тепловыделения элементами РЭА, значительных механических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554113
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e82

Способ диффузионной сварки ситалла с металлами

Изобретение относится к способу получения неразъемного сварного соединения из ситалла с металлами методом диффузионной сварки. Способ включает сборку элементов и сварку при температуре ниже температуры плавления металла и приложении давления сжатия. Перед сборкой на металлический элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555735
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.07.2015
№216.013.6891

Способ контактной точечной сварки меди и медных сплавов

Изобретение относится к способу контактной точечной сварки меди и медных сплавов. Изобретение может быть использовано в приборостроении, при контактной сварке металлов с высокой теплопроводностью, в частности меди и ее сплавов, и металлов с покрытием на их основе. Собирают элементы деталей из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558322
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.69d6

Навигационный комплекс, использующий естественные и искусственные поля земли

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенный навигационный комплекс предназначен для обеспечения высокоточной навигации на основе комплексной обработки информации (КОИ) систем навигации по искусственным полям Земли (СНИПЗ) и нескольких физических полей Земли (ФПЗ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558647
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a03

Способ диффузионной сварки литейного жаропрочного сплава на никелевой основе

Изобретение относится к способу диффузионной сварки элементов из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих лопаток, дисков газовых турбин и др., которые работают при высоких нагрузках и температурах. Собирают элементы под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558692
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.04.2016
№216.015.2e44

Способ диффузионной сварки

Изобретение относится к способу диффузионной сварки. Очищают детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава электрополировкой. Собирают в пакет. В качестве промежуточного слоя применяют фольгу из никеля. Размещают в вакуумной камере. Нагревают. Прикладывают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579413
Дата охранного документа: 10.04.2016
Showing 1-10 of 19 items.
10.06.2014
№216.012.cd80

Вибрационный вакуумный микрогироскоп

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к гироскопии и может быть использовано в приборостроении, авиакосмической отрасли и машиностроении. В вибрационном вакуумном гироскопе магнитная система содержит немагнитное центрирующее кольцо, установленное на магните, верхний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518379
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.da5c

Способ изготовления вакуумного микрогироскопа

(57) Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к гироскопии, и может быть использовано в приборостроении, авиакосмической отрасли и машиностроении. Технический результат - повышение качества и обеспечение технологичности изготовления. Для этого обезгаживание,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521678
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.08.2014
№216.012.e991

Комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенная комплексная корреляционно-экстремальная навигационная система (КЭНС) предназначена для обеспечения автономной высокоточной коррекции на основе использования информации о нескольких поверхностных физических полях Земли,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525601
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.09.2014
№216.012.f9b0

Способ подготовки инерциальной навигационной системы к полету

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение в составе комплексов навигационно-пилотажного оборудования летательных аппаратов (ЛА). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого осуществляют совмещение процесса начальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529757
Дата охранного документа: 27.09.2014
27.06.2015
№216.013.582c

Блок электронный

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и может быть использовано в конструкциях блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в состав которых устанавливаются сменные модули электронные, и, работающих в условиях повышенного тепловыделения элементами РЭА, значительных механических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554113
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e82

Способ диффузионной сварки ситалла с металлами

Изобретение относится к способу получения неразъемного сварного соединения из ситалла с металлами методом диффузионной сварки. Способ включает сборку элементов и сварку при температуре ниже температуры плавления металла и приложении давления сжатия. Перед сборкой на металлический элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555735
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.07.2015
№216.013.6891

Способ контактной точечной сварки меди и медных сплавов

Изобретение относится к способу контактной точечной сварки меди и медных сплавов. Изобретение может быть использовано в приборостроении, при контактной сварке металлов с высокой теплопроводностью, в частности меди и ее сплавов, и металлов с покрытием на их основе. Собирают элементы деталей из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558322
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.69d6

Навигационный комплекс, использующий естественные и искусственные поля земли

Изобретение относится к авиационному приборостроению. Предложенный навигационный комплекс предназначен для обеспечения высокоточной навигации на основе комплексной обработки информации (КОИ) систем навигации по искусственным полям Земли (СНИПЗ) и нескольких физических полей Земли (ФПЗ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558647
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6a03

Способ диффузионной сварки литейного жаропрочного сплава на никелевой основе

Изобретение относится к способу диффузионной сварки элементов из литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Изобретение может быть использовано для изготовления рабочих лопаток, дисков газовых турбин и др., которые работают при высоких нагрузках и температурах. Собирают элементы под...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558692
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.04.2016
№216.015.2e44

Способ диффузионной сварки

Изобретение относится к способу диффузионной сварки. Очищают детали из нержавеющей стали и мембраны из фольги палладия или палладиевого сплава электрополировкой. Собирают в пакет. В качестве промежуточного слоя применяют фольгу из никеля. Размещают в вакуумной камере. Нагревают. Прикладывают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579413
Дата охранного документа: 10.04.2016
+ добавить свой РИД