Файл: Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры.pdf

стовон алюминий, обычно марки АД-1М, ГОСТ 12592-67 (98,75% А1, 0,05% Си, 0,1% Мп, 0,6% Si, 0,4% Fe, про­ чие примеси — 0 ,1 %), является основным материалом для изготовления паропроводов масляных диффузион­ ных насосов. Алюминий почти вдвое менее теплопрово­ ден, чем медь, но все же его теплопроводность очень велика по сравнению со сталыо, и это необходимо учи­ тывать при сварке и пайке. Температурный коэффици­

= 25,5- 10~6 мм/(мм • °С)]. Механические свойства алюми­ ния невысоки: предел прочности 11 —13 кгс/мм2, отно­ сительное удлинение 24%, твердость по Бринеллю 30.

Для сварных конструкций применяется главным об­ разом сплав АМц (96,65—97,2% А1, 0,2% Си, 0,05% Mg, 1,0—1,6% Мп, 0,6% Si, 0,7% Fe, 0,1% Zn, прочие при­ меси 0,1%). Температурный коэффициент линейного расширения сплава АМц составляет в интервалах тем­ ператур, мм/(мм-°С):

Коэффициент теплопроводности равен 0,38 для нагартованного и 0,45 для отожженного материала. Пре­ дел прочности АМц в полунагартованном состоянии 14,5—20 кгс/мм2, относительное удлинение 18%, твер­ дость по Бринеллю 40.

В последнее время для производства сварных ва­ куумных конструкций стали применять сплав АМгб, об­ ладающий большей механической прочностью, чем сплав АМц, однако результаты при этом бывают не всегда удовлетворительными.

Как алюминий, так и сплав АМц способны давать вакуумно-герметизирующие спаи.

Дюралюминий марки Д-1 или Д-16, ГОСТ 4783-68, имеет химический состав: 3,8—4,9% Си, 0,4—1,8% Mg,

группы Т: предел прочности 38—43 кгс/мм2, относитель­ ное удлинение 18%, твердость по Бринеллю 100—105.

Дюралюминий не дает .вакуумно-герметизирующих спаев и вакуум но-герметично не сваривается. Он приме­ няется в вакуумной технике главным образом для то-

38

ченых или фрезерованных деталей, входящих в алюми­ ниевые узлы, так как коэффициенты линейного расши­ рения дюралюминия и алюминия близки.

Индий вошел в вакуумную технику в последние годы главным образом в качестве материала для высокова­ куумных уплотнителей и как составная часть некоторых припоев.

Благодаря своей мягкости, низкой плотности насы­ щенных паров (10-7 мм рт. ст. при 540°С) и способности сманивать многие металлы и сплавы, а также и ряд не­ металлических материалов индий служит 'прекрасным уплотнителем, но он дорог и применение его рациональ­ но только в самых ответственных конструкциях, не тре­ бующих высокого прогрева (температура плавления ин­ дия 156°С).

2-6. ПРЕЦИЗИОННЫЕ СПЛАВЫ И ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ

Прецизионные сплавы. Эту группу составляют главным образом 'никелевые сплавы, обладающие точно определенными физическими свойствами, необходимыми для создания тех пли иных узлов вакуумной системы, например для спаев со стеклом или с керамикой.

Важнейшее место среди них занимает ковар марки Н29К 18А, ЧМ-ТУ № 2977-51. Его химический состав: 0,2% С, 0,15—0,20% Si, 0,35-0,48% Мп, 0,008—0,015% S, 0,008% Р, W и Сг — следы, 28,5—29,3% №, 17,9—18,5% Со, остальное — Fe.

Для спая со стеклом особое значение имеют физиче­ ские свойства металла. Для ковара они в среднем сле­ дующие:

Ковар является наиболее распространенным в ваку­ умной технике сплавом для пайки с так называемыми тугоплавкими стеклами, имеющими средние значения температурного коэффициента линейного расширения.

39

Он хорошо паяется мягкими и твердыми 'припоями. Сва­ ривается ковар труднее, чем сталь, но при соблюдении определенных условий могут быть получены надежные вакуумные швы. Отожженный ковар хорошо штампует­ ся и обрабатывается на давильном станке.

Кроме ковара марки Н29К18А выпускается ковар марки Н29К18Б, ЧМТУ № 2978-51, отличающийся от первого тем, что при температурах ниже 35°С он пре­ терпевает рекристаллизацию с распадением аустенита,

Для спаев со стеклом, имеющим высокий темпера­ турный коэффициент линейного расширения, применяет­ ся сталь марки Х18ТФМ (ЭИ636), ЧМТУ № 4713-54, имеющая коэффициент линейного расширения в преде­

Для спаев со стеклом разработаны также сплавы: Н47Д5 с температурным коэффициентом линейного

расширения 8—9-10~Gмм/мм-°С, пригодный для спаев со стеклами С-87-1, С-88-1 и С-89-2; Н47ХБ с такими же основными свойствами, пригодный для пайки во влаж­ ном водороде; НЗЗК17 с температурным коэффициен­ том линейного расширения 7—8-10~G мм/мм-°С, при­ годный для пайки со стеатитовой керамикой.

В ряде случаев бывает необходим металл с весьма малым коэффициентом линейного расширения. Такими свойствами обладает сплав инвар (Н36, ЭН36), темпе­

40

ратурный коэффициент линейного расширения которого при 20°С равен 10~6 мм!(мм-0С), но при нагревании выше 50°С быстро растет и при 100°С равен уже 2Х

ХЮ" 6 мм/(мм •°С). Инвар обладает очень малой тепло­ проводностью: 0,026 кал/ (см - сек -°С).

Тугоплавкие металлы. Для изготовления деталей на­ гревателей, тепловых экранов, токоподводов и т. п. при­ меняются тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, тантал, сплав тантал-ниобий.

Вольфрам выпускается в виде штабиков квадратного сечения, прутков, проволоки и ленты.

Марки вольфрама, применяемые в вакуумной техно­

неплавящихся электродов при аргоно-дуговой сварке металлов и для изготовления катодов при обязательном соблюдении определенных правил техники безопасности.

Вольфрам очень тверд, хрупок, особенно после нагре­ ва до 1 100 °С и выше, в результате которого волокни­ стый кованый или тянутый вольфрам приобретает мел­ кокристаллическую структуру.

Средние механические свойства вольфрама тянутого или кованого, неотожженного следующие: предел проч­ ности при растяжении 180—400 /сгс/лш2 (в зависимости от толщины), относительное удлинение 1—4%, твер­ дость по Бринеллю 350. Вольфрам обрабатывается реза­ нием при .подогреве до 200—250 °С.

Молибден марки МЧ чистый, без присадок, с содер­ жанием примесей в сумме не более 0,073%' и молибден марки МРН с содержанием примесей в сумме до 0 ,11%' применяются для изготовления деталей нагревателей и остеклованных вводов.

Механические свойства неотожженного молибдена: предел прочности при растяжении 100—250 кгс/мм2, от­ носительное удлинение 2—5%, твердость по Бри­ неллю 200—230. Отожженный молибден имеет значи­ тельно большее удлинение — до 20%. Молибден выпу­ скается промышленностью в виде штабиков квадратно­ го сечения (заготовок), проволоки, прутков и ленты.

41

Сваривается молибден очень плохо. Обрабатывается на давильном станке при подогреве до 500—600 °С.

Тантал является весьма ценным металлом для ва­ куумной техники из-за большой химической стойкости, тугоплавкости, способности при температурах 700— 1 300°С не только не выделять газы, но интенсивно по­ глощать их, тем самым улучшая вакуум в установке. Особенно важна способность тантала свариваться с вольфрамом и молибденом. Тантал выпускается в ви­ де прутков и лент. Для изготовления давленых деталей и штамповки тантал предварительно отжигается в высо­ ком вакууме (P = 5-10_5 мм рт. ст.) при температуре 1 600°С, что делает его значительно более пластичным.

Механические свойства неотожжеиного тантала: пре­ дел прочности при растяжении 75—125 кгс/мм2, относи­ тельное удлинение 1—1,5%, твердость по Брииеллю 350.

Отожженный тантал имеет относительное удлинение

до 30%.

Сплав тантала с ниобием выпускается промышлен­

в машиностроении вообще, и, в частности в высокова­ куумной технике, где он применяется главным образом для изготовления деталей для электрофизических на­ сосов.

Титан и его сплавы имеют очень выгодное соотноше­ ние прочности и плотности, жаропрочны и коррозионностойки при невысоких температурах. При высоких тем­ пературах титан имеет свойство связывать атмосферные газы, что, с одной стороны, делает его особенно ценным в вакуумной технике, а с другой стороны, несколько за­ трудняет его производство и горячую обработку.

старых титановых сплавов имело последнюю структуру. К числу а-структурных относятся сплавы титан—алю­ миний—олово (марка А-110-АТ, США) и титан—алю­ миний (марка ВТЗ, ВТЗ-1, В15, СССР) и технический титан.

Сплавы с a-структурой прочны до 600°С, сравни­ тельно хорошо свариваются, менее чувствительны, чем

42