РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОЛОКИ ИЗ СПЛАВА СЕРЕБРЯНОГО ПРИПОЯ ПСр45 МЕТОДОМ ПРЯМОГО ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ

THE DEVELOPMENT OF PRODUCTION TECHNOLOGY OF SILVER SOLDER WIRE ПCр 45 BY DIRECT HOT PRESSING

Roman Andryushkin

director General of SOLDERRUS Ltd.,

Russia, St. Petersburg

Alexander Belenkiy

technical Directorof 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 PROMTECH Ltd.,

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, рекресталлизационный отжиг.

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 ɛ=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 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

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 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 захолаживанию 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 горячепрессованной 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 прессостатка, 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 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.

а                 б

в                 г

Рисунок 1. Микроструктуры сплава ПСр45: а– горячее прессование, Т_н – 610^оС охлаждение воздух; б – горячее прессование Т_н – 610^оС, охлаждение вода; в – холодная деформация, волочение, ε = 77 %; г – рекристаллизационный отжиг, Т_н – 640^оС

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.

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 рекристализационном 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.

Рисунок 2. Влияние температуры отжига на механические свойства

Сплава ПСр45 (τ = 30 мин)

Таблица 2.

Механические свойства термически обработанной проволоки сплава ПСр45

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.