Файл: Вопросы технологии машиностроения и радиотехники [сборник статей]..pdf

обточке стали 45. Уменьшение зоны стружколомания можно объяснить большей вязкостью стали 45Х по сравнению со сталью 45.

В результате проведенных опытов можно сделать вывод, что исследованный резец конструкции В. А. Колесова обеспечивает стружколомание при точении с глубиной до 1 мм и на малых подачах, т. е. на чистовых режимах резания.

ЛИТЕРАТУРА

Всесоюзный научно-исследовательский инструментальный институт. Руко­ водящие материалы. «Способы завивания и дробления сливной стружки и об­ ласти их применения». Научно-исследовательский институт информации по ма­ шиностроению. М. 1970 г. у

ПЕТРУНИН А. И.

О ПАЯЕМОСТИ МЕТАЛЛОВ

Возможность образования соединения при пайке оценивает­ ся паяемостью, т. е. способностью паяемого материала давать спай в результате взаимодействия с расплавленным припоем. В связи с этим пайке должна предшествовать ^оценка паяемости в выбранной системе основной металл-припой. Поскольку фак­ торы конструктивного характера не могут изменить природу процессов взаимодействия между основным металлом и припо­ ем при пайке, поэтому при оценке паяемости их можно оставить без внимания.

Оценка паяемости того или иного металла должна исходить из физико-химических факторов, определяющих природу основ­ ного металла, припоя и процессов их взаимодействия при пайке, а также технологических факторов, характеризующих обработ­ ку паяемого металла и припоя, подготовку перед пайкой, применяемые флюсующие среды и режим пайки.

Паяемость должна' рассматриваться как совокупная харак­ теристика с одной стороны основного металла и припоя, с дру­ гой условий пайки. Исходя из этого, о паяемости или не паяе­ мости данного металла можно говорить только по отношению

кконкретному припою.

Вотдельных работах [1] делаются попытки рассматривать паяемость как обобщенную характеристику того или иного ме­ талла по отношению к припоям вообще, т. е. как оценку способ­ ности паяемого металла подвергаться пайке различными при­ поями. При этом считается, что если металл паяется с примене-

28

нием большого разнообразия припоев, то'паяемость его выше. Подобная характеристика основного металла не может рассмат­ риваться как оценка паяемости, так как один и тот же припой в зависимости от применяемых способов удаления окисной плен­ ки может паять и не паять тот же самый металл, не говоря уже

опайке последнего различными припоями.

Внастоящее время ответ на вопрос о паяемости того или иного металла может быть получен лишь путем непосредствен­ ного эксперимента. Существующие косвенные методы также основаны на экспериментах, имитирующих процесс пайки или

отдельные элементы этрго процесса. Оценка паяемости в основ­ ных чертах отвечает признакам, заложенным в определений процесса пайки. Понятие пайка металлов в общем случае вклю­ чает в себя следующие признаки этого процесса:

а) при температуре пайки основной металл находится в твер­ дом состоянии, связующий металл-припой в виде расплава;

б) в жидком состоянии припой смачивает паяемый металл; в) в-процессе образования соединения припой в той или иной

степени течет в зазоре; г) скрепление соединяемых деталей происходит в результате

кристаллизации металла зоны сплавления.

Поскольку паяемость в первую очередь определяется воз­ можностью образования связей по поверхности контакта ос- . новной металлприпой, то по-видимому нет необходимости понятие паяемости связывать со всеми четырьмя признаками процесса пайки, т. к. они за исключением смачивания определя­ ют условия образования паяного соединения, а не возможность. Спай во всех случаях будет иметь место, если поверхности сое­ диняемых пайкой металлов будут смоченц припоем. Прочность соединения при этом может изменяться в самых широких пре­ делах, что будет зависеть от свойств припоя и следующих за смачиванием физико-химических процессов взаимодействия ос­ новного металла и припоя. Характер протекающих после сма­ чивания физико-химических процессов зависит от взаимной растворимости основного металла и припоя в твердом и жид­ ком состоянии, коэффициентов диффузии, поверхностной энергии, на границе раздела фаз, температуры и других факторов.

Условие капиллярности является важным при оценке паяемо­ сти и его учет необходим. Но если припой хорошо смачивает со­

о паяемости металла данным припоем, как о принципиальной возможности образования паяного соединения, необходимо знать условия и характер смачивания основного металла рас­ плавом припоя при выбранной температуре пайки.

Таким образом, для того, чтобы обеспечить условия образо­ вания спая достаточно, чтобы при температуре пайки расплав­ ленный припой смачивал основной металл. Это условие являет-

29

ся необходимым и достаточным для оценки паяемости, так как смачивание является начальной стадией процесса образования паяного соединения. Исходя из этого паяемость можно опреде­

лить следующим образом:

паяемость металла — это свойство его взаимодействовать при температуре пайки с расплавленным припоем с образовани­

ем спая.

Данное определение качественно оценивает возможность взаимодействия. Исходя из , этого определения, оценка пайемости для данной пары основной металл — припой должна быть однозначна. Но практика пайки свидетельствует об обратном. Так как технологические факторы являются одними из решаю­ щих при образовании спая, то паяемость будет различной в ат­ мосфере воздуха (флюсовая пайка), в искусственных газовых средах (пайка в контролируемых атмосферах и в вакууме), при физико-механическом разрушении окисной пленки. При этих различных условиях один и тот же основной металл и припой будут вести себя по-разному. Например, при пайке железа алю­ минием в вакууме имеет место образование соединения в месте контакта основной металл-припой, при замене вакуума водород­ ной средой соединение между теми же металлами не образуется

(2). Следовательно и показатели, оценивающие паяемость од­ ного и того же основного металла тем же припоем будут раз­ личными. По-видимому, такое многообразие в оценке паяемости происходит ввиду нечеткости постановки проблемы. Эта чет­ кость достигается, если ввести по аналогии со сваркой разделе­ ние понятия паяемости на физическую (принципиальную) и технологическую. Под физическим понятием паяемости следует подразумевать способность твердого металла не имеющего на поверхности окисной пленки, в условиях практически исключа­ ющих окисление, смачиваться при температуре пайки распла­ вом припоя. Такие идеальные условия смачивания можно обес­ печить, если например, образовывать поверхности основного металла, приводимые в контакт с расплавленным припоем, не­ посредственно в расплаве последнего. Это можно достигнуть разрушая образцы из паяемого металла в массе расплавленно­ го припоя. Свежеобразованная, в результате разрушения об­ разца основного металла, поверхность будет взаимодействовать или не взаимодействовать при данном режиме процесса с рас­ плавленным припоем. Характер этого взаимодействия явится качественным показателем паяемости данного основного метал­ ла исследуемым припоем. Эта характеристика будет являться для данной пары основной металл-припой однозначной и совер­ шенно независимой от условий внешней среды. Она будет зави­ сеть только от физико-химических свойств взаимодействующих металлов и температуры. Таким образом, понятие физическая паяемость явится предельной оценкой паяемости и характери­ зует принципиальную возможность пайки конкретного основно-

30

и длительности хранения покрытых деталей. Таким образом, ес­ ли физическая паяемость является полной и однозначной оцен­ кой возможности пайки данного металла выбранным припоем, то показатели технологической паяемости являются комплекс­ ной характеристикой. При наличии физической паяемости дан­ ной пары основной металл-припой, гарантируется возможность технологической паяемости, для обеспечения которой однако необходимы соответствующие условия.

Таким образом, технологическая паяемость отражает необ­ ходимость и достаточность внешних условий образования пая­ ного соединения. Более глубокое изучение сущности физико­ химических процессов, протекающих при пайке, разработка но­ вых, более совершенных способов пайки, припоев, флюсов, ак­ тивных газовых сред позволяет переводить трудно паяемые металлы в категорию легкопаяемых, без применения покрытий.

Оценка физической и- технологической паяемости металлов наталкивается на трудности связанные со «спецификой процесса пайки. Как известно, пайка теоретически может производиться при любой температуре, лежащей ниже температуры плавления основного металла. Практически при выборе температуры пайки ориентируются по температуре плавления припоя. Мало изучен­ ный вопрос выбора оптимальной температуры пайки исходя из совокупности физико-химических свойств основного металла и припоя далеко не всегда ставится, между тем, правильный вы­ бор температуры пайки является дополнительным резервом повышения качества паяных соединений. Так, согласно нашим исследованиям, температура пайки очень часто лимитируется не температурой плавления основного металла, а температурой плавления сплава, образующегося при пайке в диффузионных зонах.

С другой стороны, в большинстве случаев температура плав­ ления применяемых припоев является окончательным критери­ ем для выбора температуры пайки и оценки паяемости. Однако в отдельных случаях такой подход к выбору интервала темпера­ тур пайки при определении паяемости может привести к оши­ бочному заключению. Результат непосредственного эксперимен­ та при температуре плавления припоя может свидетельство­ вать об отсутствии паяемости в непосредственно исследуемой паре основной металл-припой, в то время, как при нагреве до более высоких температур припой может смачивать основной металл и образовывать соединение. Существовало, например мнение, что железо нельзя паять чистым оловом, так как по­ следнее в расплавленном состоянии не смачивает основной ме­ талл. Однако исследования (2) установлено, что даже без флю­ са в интервале 960— 1000° С в атмосфере водорода олово хорошо растекается по поверхности железа, затекает в капиллярный зазор, образуя полномерные галтели. При нагреве же в атмо­ сфере водорода, активизированного парами хлористого аммо--

32