Технология пайки изделий в машиностроении - Лашко С.В.
ISBN 5-217-01456-3
Скачать (прямая ссылка):
При наличии в паяемом металле растягивающих напряжений в контакте паяемого металла с жидким припоем может произойти охрупчивание Мк и образование в нем трещин.
Многие авторы связывают самопроизвольное хрупкое разрушение твердых металлов при контакте их с жидким только с поверхностным фактором — уменьшением поверхностного натяжения твердого тела (эффект адсорбционного понижения прочности и пластичности, эффект Ребиндера). Вместе с тем некоторые авторы [11] указывают на возможность решающего значения объемного фактора, связанного с напряженным состоянием и растворением твердого металла в жидком. Полагают, что при этом в процессе образования трещин происходит спонтанная релаксация напряжений растяжения.
Наиболее сильное охрупчивание и понижение прочности имеют место при контакте твердых материалов с жидкими с аналогичной химической связью (металлы с металлическими расплавами, ионные кристаллы с расплавами солей). Потеря прочности или пластичности особенно резко проявляется при контактно-реактивном плавлении металлов, находящихся под действием растягивающих напряжений. Оказалось, что многие случаи самопроизвольного разрушения твердых металлов в контакте с жидкими сопровождаются химической эрозией по границам твердых зерен, хотя наблюдались разрушения и без видимого проникания жидких металлов по границам твердых, а также в монокристаллах.
Опыт показал, что остаточные растягивающие напряжения в Мк могут быть устранены в процессе пайки при применении припоев с
64
температурой плавления выше температуры снятия остаточных напряжений при достаточной длительности нагрева изделия.
Развитие хрупкого разрушения происходит только в условиях непрерывного поступления жидкой фазы к вершине трещины со скоростью не меньше скорости ее раскрытия.
Метод оценки склонности паяемого материала к охрупчиванию в контакте с жидким припоем приведен в ГОСТ 20487—75. Экспериментальные данные показывают, что охрупчивание Мк в контакте с жидким Mn в условиях растягивающих напряжений имеет место при пайке никеля припоем ПСр15, фосфористых, кремниевых, никелевых бронз и латуней легкоплавкими припоями.
Улучшение совместимости паяемого металла с основой припоя путем специального легирования. Ниже рассмотрены некторые возможности легирования основы припоя для улучшения его совместимости с Мк.
Как следует из табл. 3, при адгезионном характере взаимодей-. ствия металлов А и В в процессе пайки ухудшаются смачивание и затекание в зазор. Для улучшения совместимости А и В необходимо увеличение степени их химического взаимодействия. Это может быть достигнуто при активировании основы припоя В компонентами со сравнительно большим химическим сродством к основе А паяемого металла, образующими с ним широкие области твердых растворов или химические соединения. Содержание легирующих элементов в последнем случае должно быть ниже критического, т.е. такого, начиная с которого становится возможным образование по границе шва и паяемого материала прослоек химических соединений, охрупчивающих паяное соединение. Этот принцип использован разными авторами для улучшения смачиваемости меди висмутовыми припоями путем введения в них добавок никеля, кобальта, платины, золота, палладия; меди и латуни цинковыми припоями путем введения в них кадмия или алюминия; коррозионно-стойких сталей кадмиевыми припоями путем введения в них цинка; меди и низкоутлеродистых сталей кадмиевыми припоями при введении в них цинка и титана; стали припоями, содержащими > 60 % Ag, при введении в них марганца; меди припоем ГІОС61 при введении в него 0,09-0,10 % Mg.
Подобное активирование припоя В может повлиять также на температуру распайки, упрочнить паяный шов частицами химических соединений, привести к развитию допустимой общей химической эрозии, обеспечивающей металлическую связь между швом и паяемым материалом.
При диаграмме состояния монотектического типа (см. рис. 4,6",O"') средний состав паяного шва определяется растворимостью паяемого металла А в жидком припое В при температуре пайки.
65
chipmaker.ru
Важнейшим признаком совместимости конструкционного материала с припоем служит способность жидкого припоя не только смачивать паяемый материал, но и растекаться по нему, затекать в зазор и удерживаться в нем при пайке. Наилучшими свойствами в этом отношении обладают металлы А и В, образующие между собой диаграммы состояния сплавов (см. рис. 4,е). Процессы смачивания, растекания и затекания в зазор при этом существенно активируются вследствие образования жидкой каймы эвтектики или легкоплавкого раствора перед фронтом растекающейся или затекающей в зазор жидкой фазы. Например, при растекании по меди олова или припоя П0С61 с флюсами, содержащими ZnCl2, образуются черный и блестящий ореолы. По данным рентгеноструктурного анализа, черный ореол состоит из олова, свинца и меди, блестящий — из олова, свинца и цинка.
На растекание припоя по паяемому металлу, затекание его в зазор и формирование галтелей влияет также его температурный интервал кристаллизации. Наиболее плавные и тонкие галтели образуются при использовании припоев, имеющих нулевой или близкий к нему температурный интервал плавления. Однако при малейшем перегреве выше температуры плавления такие припои становятся полностью жидкими и не удерживаются в широких капиллярных зазорах. Это приводит к образованию в швах непропа-ев, не обнаруживаемых при изготовлении изделия и приводящих к разрушению паяных соединений при эксплуатации. Поэтому при пайке такими припоями определяющее значение имеет ширину, зазора и необходима весьма точная сборка.
