Оценка работоспособности соединений стали 08Х18НЮТ, паянных припоем ПЖК-1000

По многочисленным экспериментальным данным припой ПЖК-1000 позволяет получать высокие механические и коррозионные свойства паяных соединений нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов. Припой широко применяется при изготовлении ответственных узлов в различных отраслях машиностроения, в том числе при изготовлении узлов энергоустановок с учетом того, что изделия должны длительно и надежно эксплуатироваться при температурах до 623 К (в контакте с агрессивными растворами кислот и щелочей). Поэтому основное внимание в исследовании уделялось оценке исходного уровня работоспособности паяных соединений и его сохранения при эксплуатации в контакте с теплоносителем (температурой до 623 К и давлением до 16 МПа) г.
Оптическая металлография была выполнена при электролитическом травлении шлифов в 10 %-ном растворе щавелевой кислоты и концентрированной азотной кислоты. Электронная металлография и идентификация включений были проведены методом угольных реплик на микроскопе ^М-200А [2]. При механических испытаниях определяли предел прочности на срез (рис. 1).
Коррозионные исследования выполнены в соответствии со стандартными методами испытаний на стойкость против межкристаллитной коррозии (МКК) в автоклавах при воздействии боросодержащих рабочих растворов следующего состава: 3 г/кг борной кислоты, 9 мг/кг едкого калия 100 г/кг аммиака.
При исследованиях на электронном микроскопе выявлена высокая физическая сплошность шва, установлена ориентированная кристаллизация, гетерогенный характер шва и островковый характер расположения его зерен. В металле шва встречаются единичные карбиды хромистого типа, включения окиси железа и соединение 8Ю, что подтверждено расчетом электронно-грамм.
Микрорентгеноспектральный анализ на отечественной установке МАР-1 показал, что при пайке в результате интенсивного протекания растворно-диффузионных процессов произошло насыщение металла шва железом, а часть палладия перешла в металл около-шовной зоны. Химических ликваций в металле шва не обнаружено.
Таким образом, выяснен процесс качественного физического формирования металла шва, образования в шве гетерогенной структуры островкового характера, формирования эпитаксиальных зерен и благоприятного перераспределения компонентов основного металла и припоя в процессе пайки. Это позволило получить хорошие прочностные свойства паяных соединений.
Полученные величины т почти в 2 раза выше минимальных значений предела прочности на срез паяных соединений стали 08Х18Н10Т.
Металлографические исследования металла паяных соединений после термического старения при 673 К не выявили образования несплошностей, характер островковой структуры сохранился. В металле шва обнаружена новая фаза — интерметаллид №3Т1, что установлено с помощью расшифровки электронограмм.
Таким образом, процесс термического старения при 673 К не приводит к интенсивному распаду твердого раствора металла шва. Это подтверждено металлографическими исследованиями паяных соединений после 5380 ч ресурсных испытаний. Исследованием локального химического состава установлено отсутствие гетеродиффузии в процессе обработки образцов при 623 К.
По данным механических испытаний наличие мелкодисперсных частиц интерметаллида №зТ1 практически не изменяет уровня прочности металла паяных швов (см. табл. 1).
Оценка стойкости паяных соединений против МКК проведена по методу АМУ (ГОСТ 6032—75). После кипячения в агрессивном растворе выполняли металлографию и сплющивание паяных соединений. Внешний осмотр соединений и металлографические исследования не выявили признаков коррозии. Сплющивание соединений оболочек кабелей 0 1 X 0,12 мм с трубкой 2Х Х0,5 мм не привело к разрушению паяных швов.
Испытания в борсодержащем растворе выполнены при температурах 573 и 623 К в условиях воздействия давлений соответственно 12,5 и 16 МПа в течение более 1000 ч. Внешний осмотр паяных соединений не выявил коррозии швов. После обработки при 573 К металл галтелей сохранил серебристо-белый цвет, а при 623 К был покрыт как и основной металл плотным пассивирующим слоем черного цвета. Металлографические исследования шва после испытаний в борсодержащих средах также не выявили коррозии. Подтверждение высокой коррозионной стойкости паяных соединений получено при визуальном осмотре и металлографии соединений после 5380 ч ресурсных испытаний при температуре 623 К и давлении 16 МПа.
Таким образом, при исследовании работоспособности паяных соединений стали 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т, выполненных припоем ПЖК-Ю00, получены положительные результаты: обеспечены высокое качество и исходная прочность швов, стабильность структуры и свойств в процессе длительного старения и требуемая коррозионная стойкость. В целях практической реализации работы выполнено приближенное прогнот зирование долговечности паяных соединений на основе температурно-временной зависимости Ларсена — Миллера:
Тг(С+\§ <г1)=Г2(С+1§ <?2),
где 7\ и Т2 — температура соответственно испытаний и эксплуатации; <?1 и <?2 — время соответственно испытаний и эксплуатации; С — коэффициент, принимаемый для аустенитных сталей и соединений этих сталей равным 20 [4].
Расчет выполняется применительно к эксплуатации соединений при температурах до 573 К при действии статической нагрузки. Расчетное время надежной эксплуатации паяных соединений, выполненных припоем ПЖК-Ю00, может быть равно 344 тыс. ч.
Полученный расчетный ресурс паяных соединений существенно выше установленного для оборудования электростанций, поэтому припой ПЖК-Ю00 используется при изготовлении ответственных узлов электростанций.