Борис Владимирович Сырнев – д.т.н., вед. науч. сотрудник научного центра «Веритас»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Серикбаева, 19
Boris V. Syrnev – Dr. Sci. (Eng.), Leading Researcher at Research Center “Veritas”
19 Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Олег Иванович Масленников – вед. инженер-технолог научного центра «Веритас»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Серикбаева, 19
Oleg I. Maslennikov – Leading Process Engineer at Research Center “Veritas”
19 Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Оксана Валерьевна Семилуцкая – ст. преподаватель школы «Металлургия и обогащение полезных ископаемых»
Казахстан, 070004, г. Усть-Каменогорск, ул. Серикбаева, 19
Oksana V. Semilutskaya – Senior Lecturer at the School of Metallurgy and Mineral Processing
19 Serikbaev Str., Ust-Kamenogorsk 070004, Kazakhstan
Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований качества диффузионной сварки композита бериллий–медь. Проведены численные исследования параметров гетеродиффузии диффузантов и толщины сварного шва пары Be–Cu в зависимости от температурно-временных режимов. В результате аналитических исследований было установлено, что толщина диффузионного шва в стыке Be–Cu изменяется от 26 до 345 мкм при увеличении температуры с 800 до 1000 °С и времени выдержки – от 20 до 120 мин. Расчетная толщина слоя при диффузионной сварке пары Be–Cu при t = 800 °C в течение 2 ч составляет 65 мкм: 15 мкм со стороны бериллия и 50 мкм со стороны меди. Обращает на себя внимание вероятность образования в диффузионном шве зоны интерметаллидного соединения CuBe3 , что является неблагоприятным фактором, снижающим механические свойства. Для теоретического обоснования модификации структуры и свойств диффузионной зоны проведены численные исследования сварки с использованием фольговой прокладки толщиной 10 мкм из материала, хорошо растворимого в бериллии, – никеля. Показано, что после температурно-временной экспозиции при t = 900 °С в течение 20 мин формируется диффузионно-сварной шов шириной 50 мкм. Его структура состоит из 2 однофазных зон твердых растворов на основе меди и бериллия, а также двух двухфазных зон, представляющих собой упрочненные интерметаллидами твердые растворы. Отсутствие в шве структурных зон, состоящих только из интерметаллидов (как это имело место при сварке диффузионной пары Be–Cu), позволяет ожидать снижения охрупчивающего сварной шов эффекта. Полученные результаты аналитических исследований могут служить основой методики теоретического прогнозирования качества диффузионной сварки композита бериллий–медь.
The paper presents the results of theoretical and experimental studies regarding the quality of diffusion welding of the beryllium–copper composite. Numerical investigations of the parameters of heterodiffusion of diffusants and the thickness of the Be–Cu pair welded joint under varying temperature-time conditions were conducted. The analytical examinations revealed that the thickness of the diffusion weld at the Be–Cu joint varies between 26 and 345 µm, with the temperature increasing from 800 to 1000 °C and the holding time ranging from 20 to 120 min. The calculated layer thickness during the diffusion welding of a Be–Cu pair at 800 °C for 2 h is 65 µm, with 15 µm on the beryllium side and 50 µm on the copper side. Notably, a CuBe3 intermetallic compound zone can form in the diffusion weld, which should be considered an adverse factor that reduces the mechanical properties. To theoretically substantiate the modification of the structure and properties of the diffusion zone, a numerical study of welding was carried out using a 10 μm thick nickel foil spacer, which is readily soluble in beryllium. It was demonstrated that after exposure to temperature-time conditions at 900 °C for 20 min, a 50 µm wide diffusion-bonded joint is formed. Its structure includes two single-phase zones of solid solutions based on copper and beryllium, as well as two two-phase regions consisting of solid solutions hardened with intermetallic compounds. Since the weld lacks structural zones consisting solely of intermetallic compounds (unlike when welding the Be–Cu diffusion pair), there are grounds to anticipate a reduction in the embrittling effect on the weld. The results obtained from the analytical studies can serve as the foundation for a theoretical prediction method for assessing the quality of diffusion welding of the beryllium–copper composite.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.