|
Медь и медноцинковые припои
Чистая медь. Простейшим тугоплавким припоем является чистая медь. Как известно, медь обладает сравнительно высокой прочностью и одновременно большой пластичностью; в литом состоянии медь имеет предел прочности 17—18 кг/мм2 при удлинении 30—35%; предел прочности деформированной меди в зависимости от количества примесей и степени наклепа меняется в пределах 24—25 кг/мм2; удлинение особо чистой меди достигает 50%. В связи с этим соединения, паянные медью, обладают высокой прочностью и не склонны к хрупкому разрушению.
Чистая медь отличается наибольшей электропроводностью после серебра, поэтому пайка медью желательна для таких соединений, которые не должны создавать дополнительного сопротивления прохождению электрического тока.
Медь хорошо смачивает поверхность железа и сталей (в том числе нержавеющих и жароупорных), никеля и никелевых сплавов, металлокерамических твердых сплавов и т. д. Это свойство меди дает возможность широко применять ее в качестве тугоплавкого припоя; однако высокая температура плавления меди (1083°) делает процесс пайки технологически сложным, поэтому чистая медь применяется в качестве припоя только при пайке в печах (с защитной атмосферой).
Для паяния газовой горелкой применять медь не желательно, так как образующиеся при этом пары воды (в результате восстановления водородом закиси меди) могут вызвать трещины в шве.
Медноцинковые припои. Как видно из диаграммы состояния, присадка цинка к меди вызывает снижение температуры плавления сплава; увеличение содержания цинка в сплаве до 40% снижает температуру плавления до 900°. Такой сплав можно применить в качестве припоя не только для пайки стали, но и для металла с более низкой температурой плавления, например для меди.
Медноцинковые сплавы с содержанием до 36—39% Zn представляют собой в равновесном состоянии однородный твердый раствор, имеющий такую же кристаллическую решетку, как и сама медь; эти сплавы обладают высокой пластичностью. Сплавы с содержанием от 39 до 46% Zn имеют двухфазную структуру, состоящую из кристаллитов; сплавы такого состава менее пластичны, причем чем больше относительное количество фазы, тем выше хрупкость сплава.
Увеличение содержания в сплаве цинка от 40 до 50% приводит к исчезновению кристаллов, и сплавы этого состава имеют однофазную структуру, состоящую из кристаллитов. Сплавы с 50—59% Zn имеют двухфазную структуру, которая при увеличении содержания цинка выше 59% снова переходит в однофазную структуру из однородных у-кристаллитов, обладающих малой механической прочностью и совсем незначительным удлинением.
Механические свойства медноцинковых сплавов находятся в полной зависимости от химического состава. Из системы медь — цинк в качестве припоев применяется довольно широкая группа сплавов с содержанием от 30 до 65% цинка. По отечественному стандарту выпускаются медноцинковые припои трех составов. Медноцинкозые припои выпускаются обычно в виде зерен, размером от 0,2 до 5,0 мм.
Сопоставляя химический состав медноцинковых припоев с диаграммой зависимости механических свойств от состава сплавов, можно видеть, что все припои этого класса, и особенно ПМЦ-36, обладают большой хрупкостью и недостаточной прочностью. Поэтому такие припои не имеют особо широкого распространения в промышленности.
Припой ПМЦ-36 применяется только в том случае, когда нужен недорогой твердый припой с возможно низкой температурой плавления, например для пайки латуни Л-62. Припой ПМЦ-48 пригоден для пайки медных сплавов, имеющих температуру плавления выше 900—920°, и то только в том случае, если паяное соединение не будет подвергаться ударным нагрузкам, вибрации и изгибу.
Припой ПМЦ-54 предназначен для пайки меди, бронзы и стали, для изделий, не испытывающих ударных и изгибающих нагрузок. В том случае, когда от паяного соединения требуются более высокая прочность и главным образом хорошая сопротивляемость удару и изгибу, в качестве припоя часто применяют латуни Л-62 и Л-68. Эти сплавы, наряду с более высоким пределом прочности (примерно 30 кг/мм2), имеют весьма большое относительное удлинение, достигающее 40%. Соединения, паянные латунью, могут подвергаться значительной деформации без разрушения. Латуни можно применять для пайки меди, сталей, никеля и чугунов.
При паянии обычными латунями неизбежно происходит выгорание цинка, который, как известно, при 906° уже кипит. Выгорание цинка сопровождается образованием весьма вредных для работающих паров окиси цинка и сильным ошлаковыванием припоя. Кроме того, снижение содержания цинка при выгорании приводит к повышению температуры плавления припоя, что в свою очередь требует нежелательного повышения температуры паяния. Для того чтобы несколько ослабить эти недостатки латуней в их состав иногда вводят небольшие присадки олова и кремния.
Добавка олова несколько понижает температуру плавления латуни и увеличивает жидкотекучесть ее. Добавка кремния уменьшает выгорание цинка, так как при расплавлении латуни кремний прежде всего окисляется сам и, соединяясь с флюсом, образует плотную пленку боросиликатов, защищающую цинк от испарения. В результате этого припои на медной основе, содержащие, кроме цинка, небольшие количества олова и кремния, обладают лучшими технологическими свойствами и обеспечивают более высокую плотность и герметичность шва.
Присадка к латуням олова и кремния вызывает изменение микроструктуры и свойств. Введение кремния в латунь Л-62 приводит к уменьшению в структуре количества а-фазы; при введении 0,6% Si а-фаза полностью исчезает и остается только одна в-фаза. Пластичность латуни Л-62 растет с увеличением содержания в ней кремния до 6%, при этом предел прочности на разрыв и на срез не уменьшается; наибольшей прочностью обладают сплавы, содержащие примерно 0,3% Si. Несмотря на то, что кремний несколько ухудшает растекаемость расплавленной латуни по поверхности металла, все же прочность шва при этом получается более высокой. Олово в отличие от кремния улучшает растекаемость латуни и способность заполнять паяемые швы.
Известно применение в промышленности медноцинковых припоев, улучшенных никелем, который повышает прочность и надежность паяных соединений. Однако температура плавления таких припоев значительно выше, чем у латуни без никеля.
|
|
|
|
