Механізми структурно-фазових перетворень при кристалізації розплаву припою в умовах магнітно-динамічних впливів для твердосплавних інструментів
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2021.03.06Ключові слова:
індукційний нагрів, мікроструктури, композиційний матеріал, твердий сплав, паяний шов, пайка, припій, флюсАнотація
Методами оптичної та електронної скануючої мікроскопії вивчені процеси утворення розплавів при контактній взаємодії легкоплавкого (сплав системи Cu-Zn) і тугоплавкого (Fe-Ni) компонентів припоїв у процесі індукційної пайки твердого слава до сталевого тримача. Показано, що у результаті термічного і магнітно-динамічного впливу високочастотного електромагнітного поля на компоненти композиційного припою формується паяний шов підвищеної міцності, структура якого забезпечується за механізмом дисперсного зміцнення. Дослідження процесів контактної взаємодії легкоплавких і тугоплавких компонентів припоїв під час процесу паяння інструменту показало, що формування припою в паяних швах протікає через ряд стадій і не призводить до формування мікроструктур, що характерні для сплавів на основі систем мідь-залізо-фосфор, мідь-цинк-нікель, мідь-цинк-залізо. Таким чином, застосування композиційних припоїв дозволяє знизити температуру пайки на 40-50 К, збільшити концентрацію легуючих елементів у припої та змінити його структуру. Зазначені переваги композиційних припоїв забезпечують зниження термічного впливу на контактні матеріали, підвищують міцності шва і дозволяють контролювати товщину паяного шва, а це важливо при паянні твердих сплавів систем WC-TiC (TaC). Високі початкові швидкості розчинення частинок нікелю в мідно-цинкових розплаву і розчинність міді, цинку в нікелі призводять до утворення в розплаві квазірідких частинок нікелевого сплаву. При охолодженні розплаву формуються частинки іншого, ніж навколишній сплав складу. Вони морфологічно пов’язані із зерновою структурою припою. Утворений сплав (припій) має структуру композиційного матеріалу, в якому частки металу, збагачені нікелем, і відіграють роль армуючого елемента.
Посилання
Liu Y., Tu K.N. Low melting point solders based on Sn, Bi, and In elements. Materials Today Advances, 2020, Vol. 8, 2020, doi: 10.1016/j.mtadv.2020.100115.
Liu Y, Pu L., Yang Y. et al. A high-entropy alloy as very low melting point solder for advanced electronic packaging. Materials Today Advances, 2020, Vol. 7, doi: 10.1016/j.mtadv.2020.100101.
Tu K, Liu Y., Li M. Effect of Joule heating and current crowding on electromigration in mobile technology. Applied Physics Reviews, 2017, Vol. 4, doi: 10.1063/1.4974168.
Zhang Y, Zuo T.T., Tang Z., et al. Microstructures and properties of high-entropy alloys. Progress in Materials Science, 2014, Vol. 61, pp. 1–93, doi: 10.1016/j.pmatsci.2013.10.001.
Kabir Opeyemi, Otun Yali Yao, Xinying Liu, Diane Hildebrandt. Synthesis, structure, and performance of carbide phases in Fischer-Tropsch synthesis: A critical review. Fuel, 2021, Vol 296, doi:10.1016/j.fuel.2021.120689.
Thiyagu M., Karunamoorthy L., Arunkumar N. Thermal and tool wear characterization of graphene oxide coated through magnetorheological fluids on cemented carbide tool inserts. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2019, Vol. 19, Iss. 4, pp. 1043–1055, doi:10.1016/j.acme.2019.05.005.
Woydt M., Huang S., Vleugels J., Mohrbacher H., Cannizza E. Potentials of niobium carbide (NbC) as cutting tools and for wear protection. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2018, Vol. 72, pp. 380–387, doi:10.1016/j.ijrmhm.2018.01.009.
Khaskov M., Shestakov A., Sorokin O., Zelenina I. Synthesis of carbon matrix with tunable carbide formation ability for reactive infiltration techniques. Ceramics International, 2020, Vol. 46, Iss. 13, pp. 21632–21637, doi: 10.1016/j.ceramint.2020.05.269.
Cinca N., Beake B., Harris A., Tarres E. Micro-scale impact testing on cemented carbides. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2019, Vol. 84, doi:10.1016/j.ijrmhm.2019.105045.
Lashko S. V., Lashko N. F., Nagapetyan I. G. Proyektirovaniye tekhnologii payki metallicheskikh izdeliy [Design of technology for soldering metal products]. Moscow: Mashinostroyeniye, 2014, 522 p.
Spravochnik po payke [Soldering guide]. ed. Petrunin I. Ye. 3-ed. Moscow: Mashinostroyeniye, 2003, 480 p.
Nemkov V. S., Demidovich V. B. Teoriya i raschet ustroystv induktsionnogo nagreva [Theory and calculation of induction heating devices]. Leningrad: Energoatomizdat, 1988, 280 p.
Buzuyev A. N., Razrabotka i issledovaniye sistemy induktsionnogo nagreva dlya payki mnogosloynykh izdeliy [Development and research of an induction heating system for soldering multilayer products]: dissertatsiya...kandidata tekhnicheskikh nauk : 05.09.10. Samara, 2006, 136 p.
Novosadov V. S., D'yachenko S. V., Pashkov I. N. Vliyaniye termicheskogo tsikla payki na strukturu i mekhanicheskiye svoystva staley [Influence of the thermal cycle of brazing on the structure and mechanical properties of steels]. Tol'yatti: TGU, 2008, 15–24 pp.
Levich V.G. Fiziko-khimicheskaya gidrodinamika [Physicochemical hydrodynamics]. Moscow: AS SSSR, 1952, 537 p.
Aksel'rud G. A., Mozhanov A. D. Rastvoreniye tverdykh veshchestv [Dissolving solids]. Moscow: Khimiya, 1977, 272 p.
Zalkin V. M. Kontaktnoye plavleniye veshchestv, obrazuyushchikh evtekticheskiye sistemy s promezhutochnoy fazoy [Contact melting of substances forming eutectic systems with an intermediate phase]. Zhurnal fíz. khímíí̈, 1983, 53(2), pp. 499–502.
Ivanov L. I., Zemskov V. S., Kubasov V. N. Plavleniye, kristallizatsiya i fazoobrazovaniye v nevesomosti [Melting, crystallization and phase formation in zero gravity]. Moscow: Nauka, 1989, 256 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
