Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Важной проблемой современного ішиностр оения является снижение металлоемкости и массы конст-кций при одновременном повышении их технических характерник и надежности в работе. Это в числе других решений может іть достигнуто за счет использования в конструкциях сочетаний знородных металлов, в частности алюминия со сталью, а также мпозиционных материалов (КМ) с алюминиевой матрицей.
Несмотря на большое число работ, посвященных этой пробле-!, удовлетворительные решения найдены только для отдельных ча-ных случаев. В целом >хе при использовании различных способов арки не удается избежать появления хрупких интерметаллидных із, снижающих прочность неразъемных соединений.
Насущным требованием сегодняшнего дня является разработ-
технологического процесса с другими температурно-временными
рактеристиками, при которых опасность появления хрупких ин-
рметаллидов значительно меньше. Весьма перспективным про-
іссом в этом отношении является пайка.
Особый интерес представляет совмещение положительных ка-ств пайки и сварки в одном технологическом процессе — пайке с сложением давления if нагреве проходящим током, позволяющим ести к минимуму продолжительность термического воздействия і соединяемые материалы. При этом необходим комплексный под-д к разработке технологических процессов, который учитывал бы ізические свойства соединяемых материалов и изменение этих ойств при воздействии термодеформационного цикла.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка технологии пайки сплавов на осте алюминия со сталью и композиционных материалов с алюми-іевой матрицей. Для достижения этой цели необходимо было ре-ить следующие задачи.
-
Исследовать особенности формирования сталеалюминие-»х паяных соединений с использованием припоев на основе олова, жка и алюминия при пайке с приложением давления.
-
Исследовать влияние параметров процесса пайки на фор-ірочание паяных соединений алюминия с нержавеющей сталью.
-
Произвести расчетную оценку значения тепловложения при ійке волокнистых КМ, обеспечивающую предотвращение образо-іния хрупких интерметаллидных фаз.
-
Разработать технологию и оснастку для пайки ферменных інструкций из волокнистых КМ.
-
Определить оптимальные режимы пайки листовых, труб тых и стержневых волокнистых КМ.
-
Исследовать особенности формирования паяных соедиі ний из дисперсноупрочненных КМ между собой и с алюминиеі ми сплавами.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. 1. Изучены особенности формирован соединения алюминия с нержавеющей сталью при пайке с прило) нием давления припоями на основе олова/цинка и алюминия.
Установлено, что в случае использования припоев на оснс алюминия образуется сплошная интерметаллидная прослойка, ко рая значительно снижает прочность паяных соединений. Припои основе олова не обеспечивают достаточной прочности паяных с< динений. Припои на цинковой основе позволяют получать раві прочные соединения благодаря разрушению интерметалл ид н( слоя во время пайки с приложением давления.
-
На основе экспериментальных данных установлено, что п твердо-жидком взаимодействии припоя на основе цинка с нержаї ющей сталью на стадии облуживания под слоем интерметаллида < разуется легкоплавкая структурная составляющая на цинковой і нове, обогащенная как элементами нержавеющей стали, так и п| поя. При пайке с приложением давления она способствует разруи нию интерметаллидного слоя, что повышает прочность паян соединений.
-
Разработан и исследован технологический процесс пай волокнистых, листовых, трубчатых, стержневых и дисперсноупр* ненных КМ с алюминиевой матрицей, позволяющий получать і дежные соединения без разупрочнения основного материала. Пр< ложена схема расчета оптимального значения тепловложения п пайке волокнистых КМ, позволяющая избежать образования хр} ких интерметаллидных фаз на границе алюминиевая матрица - і мирующее волокно.
На защиту выносятся следующие положения работы. х 1. Особенности формирования соединений алюминия, па) мых пропоями на основе олова, цинка и алюминия с приложение давления и нагревом проходящим током; выбор системы припоя.
-
Результаты исследований влияния давления на формирої ниє и прочность паяных сталеалюминиевых соединений и соедш ний из листовых КМ.
-
Результаты расчетной оценки оптимального значения те ловложения при пайке листовых волокнистых КМ, позволяющего »
кать образования хрупких интерметаллидных фаз на границе оминиевая матрица - армирующее волокно.
-
Технология пайки дня производства ферменных конструк-й из трубчатых и стержневых КМ с алюминиевой матрицей, арми-ванной волокнами бора (А1/В).
-
Особенности формирования паяных соединений из диспер-оупрочненных КМ между собой и с алюминиевыми сплавами.
-
Примеры практического применения разработанной тэх-логии.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе использованы совре-нные методы и методики оптической и растровой микроскопии, нтгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов, зличные стандартные методы определения прочностных свойств единений.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ^ОТЫ. На основании проведенных исследований особенностей ірмироаания сталезлюминиеаых паяных соединений рскомендо-иа система припоев и режимов пайки с приложением давления, еспечпзающие получение равнопрочных соединений. Полученные зультаты использованы при разработке технологии пайки посуды иержавзющей стали с алюминиевым теплорзспределительиым ищем. Для серийного производства такой посуды была сконструи->зана специальная установка.
Разработанная технология пейки листовых, трубчатых и стор-ієвнх волокнистых КМ с алюминиевой матрицей .позволяет получать : надежные соединения без разупрочнения основного материала, что іактичсски недостижимо при использовании других М0Т0Д03 СОЄДИ-!ния. По этой технологии, о частности, изготовлена опытная партия їм спортивных гоночных велосипедов из КМ А!/В, которые по сво-1 весовым и прочностным характеристикам превосходят произво-іщиеся в настоящее время в мире. Сейчас рамы проходят комплексе дорожные и стендовые испытания.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертацион->й работы доклздывались на конференции «Теплофизика техноло-іческих процессов» (Тольятти, 1988},. на международной конферем-1и «Достижения о соединении новейших конструкционных мате-іалов» (Монреаль, 1990), на втором моходународном.симпозиумз 1овые материалы для индустрии будущего» (Гокий 1991), на »етьей международной конференции «Пайка.высокотемпературная зйка и диффузионная сэарка» (Азхен, 1992), на четырнадцатой эждународной конференции «Расширяющиеся горизонты с нооы-
ми материалами и процессами» (Бирмингем, 1993), на 39-й меж/ нородной конференции «Новые материалы» (Анахейм, Калифе ния, 1994).
Диссертационная работа в целом обсуждалась на технолог ческом семинаре ИЭС им. Е. О.Патона(1994).
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано ! печатных работы и получено 3 авторских свидетельства.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа с стоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка использ ванной литературы. Работа содержит 165 страниц, в тбм числе 11 страницы машинописного текста, 45 рисунков, 22 таблицы и библ ографию из 130 наименований.