CC BY
15
Технические науки — от теории к практике № 3 (51), 2016 г_'_
СЕКЦИЯ
«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ»
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОЛОКИ ИЗ СПЛАВА СЕРЕБРЯНОГО ПРИПОЯ ПСР45 МЕТОДОМ ПРЯМОГО ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ
Андрюшкин Роман Владимирович
генеральный директор ООО «СОЛДЕРРУС», РФ, г. Санкт-Петербург
Беленький Александр Валерьевич
технический директор ООО «СОЛДЕРРУС», РФ, г. Санкт-Петербург
Кретушева Ирина Васильевна
канд. техн. наук, мл. науч. сотр. кафедры «Физико-химия и технологии микросистемной техники» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого,
РФ, г. Санкт-Петербург E-mail: kresch86@mail. ru
Пластовец Дмитрий Владимирович
главный инженер ООО «СОЛДЕРРУС», РФ, г. Санкт-Петербург
Чарторийский Виталий Павлович
генеральный директор ООО «ПРОМТЕХ», РФ, г. Санкт-Петербург
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
THE DEVELOPMENT OF PRODUCTION TECHNOLOGY OF SILVER SOLDER WIRE ПСР 45 BY DIRECT HOT PRESSING
Roman Andryushkin
director General of SOLDERRUSLtd., Russia, St. Petersburg
Alexander Belenkiy
technical Director of of SOLDERRUS Ltd., Russia, St. Petersburg
Irina Kretusheva
doctorate in Eng. Sc.,Research Laboratory of Faculty of Materials Science and Technology Saint-Petersburg State Politechnical University,
Russia, St. Petersburg
Dmitry Plastovets
chief engineer of SOLDERRUS Ltd., Russia, St. Petersburg
Vitaly Czartorysky
director General of PROMTECHLtd., Russia, St. Petersburg
АННОТАЦИЯ
Исследовано влияние температурно -временных параметров прямого горячего прессования и термической обработки проволоки припоя ПСр45 на механические свойства и микроструктуру сплава. Разработана технология контролируемого горячего прессования и термической обработки проволоки сплава ПСр 45.
ABSTRACT
The effect of temperature-time parameters of direct hot-pressing and heat treatment of ПСр45 solder wire on mechanical properties and microstructure of alloy has been investigated. It has been developed the process of controllable hot-pressing and heat treatment of ПСр45 alloy wire.
Ключевые слова: сплавы системы Cu-Ag-Zn, припой серебряный, ПСр45, прямое горячее прессование, проволока, механические свойства, рекристаллизационный отжиг.
Технические науки — от теории к практике № 3 (51), 2016 г_
Keywords: alloys of the system Cu-Ag-Zn, silver solder, ПСр45, direct hot-pressing, mechanical properties, recrystallization annealing.
В отечественной промышленности широко применяется сплав системы Cu-Ag-Zn припой ПСр45 (ГОСТ 19738-74), его используют для пайки деталей при производстве компрессоров, силовых агрегатов, теплообменников, сосудов высокого давления и других изделий ответственного назначения, а также при изготовлении различного режущего инструмента [1; 2]. На ряде российских предприятий, в последние годы, следуя рекламе западных производителей, начали применять аналогичный сплав припоя зарубежного производства: Ag 245(EN ISO 17672:2010), который можно, без ущерба для качества продукции, заменить на отечественный ПСр45. Поэтому задача по обеспечению предприятий полуфабрикатами из сплава ПСр45 входит в область приоритетных задач по импортозамещению.
На предприятии ООО «СОЛДЕРРУС» была разработана и успешно внедрена энергосберегающая технология производства проволоки ПСр45 методом прямого горячего прессования из литых заготовок. Приводим результаты научно-исследовательской работы, проведенной ООО «СОЛДЕРРУС» по разработке данной технологии.
Металл для заготовок-образцов разливали в чугунные кокили. Предварительно изучали микроструктуру и свойства сплава в литом состоянии.
Исследуя возможность создания наиболее благоприятной исходной структуры отлитой заготовки под горячее прессование, изучали влияния термической обработки заготовок на их механические свойства. На прессе Бринелля ТШ-2М (ГОСТ9012-59) измеряли твердость литых образцов подвергнутых термической обработки и без обработки. Твердость сплава в литом состоянии составила 140 НВ. Термическая обработка отливки - изотермическая выдержка при 640°С (3 ч), последующая закалка в воду позволила снизить твердость до 105 НВ. Отжиг литой заготовки ПСр45 при 570°С (3 ч) с охлаждением с печью до 300°С приводит к снижению твердости сплава до 90 НВ.
Отлитые цилиндрические образцы-заготовки после токарной обработки подвергли прямому горячему прессованию в коническую одноканальную матрицу с постоянной относительной разовой степенью деформации е=98 %, утвержденной на основании имеющихся данных [3; 4] и ранее проведенных исследований. Изменяли предварительное состояние структуры сплава заготовок, температуру нагрева заготовки, время изотермической выдержки, скорость
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
деформирования, скорость охлаждения проволоки. Механические свойства сплава определяли испытанием горячепрессованной проволоки на одноосное статическое растяжение в соответствии с ГОСТ10446-80. Микроструктуру в различных состояниях сплава изучали методом качественного металлографического анализа на металлографическом микроскопе "NEOPHOT 30".
В таблице 1 приведены результаты механических испытаний горячепрессованной проволоки ПСр45, полученной с использованием различных технологических режимов.
Таблица 1.
Механические свойства образцов проволоки сплава ПСр45, полученных при различных режимах горячего прессования и термической обработки
№ п/п Технологические режимы обработки ОВ, МПа МПа 8, %
1 Горячее прессование Тн=610°С 3 ч, индукционный нагрев, охлаждение проволоки на воздухе 549 427 19
2 Горячее прессование Тн=610°С 1 ч, Vд=3 мм/с, охлаждение проволоки на воздухе 527 409 19
3 Горячее прессование Тн=610°С 2 ч, Vд=3 мм/с, охлаждение проволоки на воздухе 530 410 19
4 Горячее прессование Тн=640°С, 2 ч, Vд=12 мм/с, охлаждение проволоки на воздухе 459 351 18
5 Горячее прессование Тн=640°С, 2 ч, Vд=9 мм/с, охлаждение проволоки на воздухе 454 346 20
6 Горячее прессование Тн=640°С, 2 ч, Vд=3 мм/с, охлаждение проволоки на воздухе 454 348 20
7 Горячее прессование Тн=640°С, 2 ч, Vд=1 мм/с, охлаждение проволоки на воздухе 670 589 12
8 Горячее прессование Тн=580°С, 2 ч, Vд=3 мм/с, охлаждение проволоки в воде 665 552 8
9 Горячее прессование Тн=610°С, 2 ч, Vд=3 мм/с, охлаждение проволоки в воде 552 416 13
10 Предварительная закалка с 640°С, в воду + горячее прессование Тн=610°, С2 ч, Vд=3 мм/с, охлаждение на воздухе 420 333 26
Из приведенных результатов видно, что применение ускоренного охлаждения проволоки в воде, на выходе из формообразующего канала матрицы, не приводит к дополнительному разупрочнению горячепрессованной проволочной заготовки, по сравнению
Технические науки — от теории к практике № 3 (51), 2016 г_
с заготовкой, охлажденной на воздухе. Напротив, пластичность прессованной проволоки снижается. Это связано с тем, что статические процессы разупрочнения в металле проволоки не успевают пройти при использовании ускоренного водяного охлаждения.
Прессование при скоростях менее 3 мм/с приводит к захолажи-ванию прессостатка, а следовательно повышению рабочих давлений при прессовании и увеличению прочности горячепрессованной проволоки. Это требует усложнения конструкции прессовой оснастки и удорожания прессового инструмента. Все перечисленное нивелирует преимущество получения высококачественной поверхности проволоки при работе на низких скоростях.
Установлено, что изотермическая выдержка при нагреве заготовок приводит к некоторому снижению прочности сплава и фактически не влияет на его пластичность. При этом наиболее существенным фактором является температура нагрева заготовок, а не время изотермической выдержки. Применение нагрева заготовок с длительной изотермической выдержкой при производстве горяче-прессованной проволоки сплава ПСр45 не является целесообразным. При такой технологии увеличиваются энергозатраты, снижается производительность, рабочие давления при прессовании уменьшаются незначительно. Кроме того, при прессовании без удаления прессо-статка, существенно возрастают требования к нагревательному оборудованию, что обусловлено необходимостью создания контролируемой атмосферы рабочей камеры печи.
Наиболее простой и экономически целесообразный способ получения проволоки припоя ПСр45 состоит в прямом горячем прессовании индукционно нагретых заготовок и последующем холодном волочении на необходимый диаметр. Благодаря динамической рекристаллизации, происходящей в микроструктуре сплава при прямом горячем прессовании (рисунок 1 а, б) в рабочем интервале температур, структура горячепрессованной проволоки получается благоприятной для дальнейшего холодного волочения. При реализации такой технологии целесообразно применять предварительную (перед горячим прессованием) термическую обработку, закалку на пересыщенный твердый раствор с высокотемпературной изотермической выдержкой (режим 8, таблица 1). После данной обработки снижается прочность и увеличивается относительное удлинение сплава горячепрессованной проволоки. Данный эффект можно объяснить структурными изменениями, произошедшими при предварительной термической обработке сплава (гомогенизацией, растворением избыточных фаз и др.), что в свою очередь благоприятно
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
сказывается на структурных процессах, происходящих при горячей деформации сплава. При этом существенно, в среднем, на 17 %, снижаются рабочие давления прессования, значительно улучшается качество поверхности проволоки, снижается разнотолщинность по длине проволочной заготовки.
в г
Рисунок 1. Микроструктуры сплава ПСр45: а- горячее прессование, Тн - 610оС охлаждение воздух; б - горячее прессование Тн - 610оС, охлаждение вода; в - холодная деформация, волочение, £ = 77 %; г - рекристаллизационный отжиг, Тн - 640°С
Сплав ПСр45 хорошо деформируется в холодном состоянии. Но при волочении на малые диаметры требуются промежуточные пластифицирующие термические обработки. С целью оптимизации процесса волочения были проведены исследования влияния термообработки на структуру (рисунок 1 в, г) и механические свойства сплава ПСр45. В таблице 2 приведены результаты механических испытаний свойств проволоки сплава ПСр45, термически обработанного по различным режимам.
(1Г\ СибАК
Технические науки — от теории к практике ^^ №3 (51), 2016г_www.sibac.info
Видно, что прочность сплава проволоки уменьшается, а пластичность возрастает с увеличением температуры отжига приблизительно до 600°С. Дальнейшее увеличение температуры нагрева практически не влияет на механические свойства проволоки. Увеличение времени изотермической выдержки при рекристализа-ционном отжиге проволоки сплава ПСр45 при температурах, близких к 600°С, также существенно не влияют на значения прочностных и пластических свойств сплава.
Закалка на пересыщенный твердый раствор в воде с температур, близких к 600°, предпочтительней отжига с охлаждением на воздухе. Так при закалке существенно увеличивается относительное удлинение и снижается условный предел текучести.
о, 750-, МПа
700650600550500450400-
5-10
560
580
600
620
22 5,% 20
'18
16
14
12
10
8
6
640
Т, °С
Рисунок 2. Влияние температуры отжига на механические
свойства Сплава ПСр45 (т = 30 мин)
Технические науки — от теории к практике _№ 3 (51), 2016 г
Таблица 2.
Механические свойства термически обработанной проволоки
сплава ПСр45
№п/п Режимы термической обработки ав, МПа Ео,2,МПа 8, %
1 Исходное деформированное состояние, холодное волочение, е=44 % 795 756 0,5
2 Отжиг Тн=580°С, 3 мин 608 478 20
3 Отжиг Тн=580°С, 5 мин 603 466 22
4 Отжиг Тн=580°С, 15 мин 595 456 21
5 Отжиг Тн=580°С, 35 мин 606 463 20
6 Отжиг Тн=580°С, 15 мин, вода 591 384 29
Результаты замеров твердости сплава показали, что в течение контрольного отрезка времени - одной недели, твердость сплава осталась неизменной, то есть естественного старения не происходит.
На основании проведенных исследований были отработаны и внедрены в производственный процесс, на предприятии ООО «СОЛДЕРРУС», технологии контролируемого прямого горячего прессования и термических обработок проволоки сплава припоя ПСр45.
Список литературы:
1. Малышев В.М., Румянцев Д.В. Серебро. - 4: Металлургия 1976. 312 с.
2. Мастеров В.А., Саксонов Ю.В., Серебро. Сплавы и биметаллы на его основе: Москва, Металлургия 1979. 296 с.
3. Джонсон В., Кудо Х., Механика процесса выдавливания металла: Москва, Металлургия 1965. 174 с.
4. Шевакин Ю.Ф., Грабарник Л.М., Нагайцев А.А., Прессование тяжелых цветных металлов и сплавов: Москва, Металлургия 1987. 245 с.
