Для лучшего уяснения природы припоев и правильного выбора их для специальных целей необходимо прежде всего изучить тем­пературные характеристики (кривые охлаждения и пр.) применяе­мых металлов и сплавов. Характеристику плавления чистого метал­ла описать легко, так как чистый металл переходит из твердого состояния в жидкое при постоянной температуре и скорее, чем пла­вятся сплавы в определенном интервале температур. Характеристи­ка плавления сплавов более сложная. Любые группы сплавов мож­но изучить лучше всего путем составления диаграммы зависимости химического состава от температуры. Такие диаграммы называются диаграммами состояния.

Такую диаграмму можно получить при исследовании свойств сплавов различного состава при различных температурах.

После точного химического анализа для каждого сплава строят кривые охлаждения, по которым определяют температуру начала затвердевания и температуру, при которой весь сплав становится совершенно твердым. Эти точки наносят на диаграмму и соединяют линиями. В результате получается серия кривых, которые обычно представляются в координатах: состав в процентах — температура в градусах.

Для иллюстрации сказанного рассмотрим фиг. 13, на которой приведена диаграмма состояния сплавов системы медь—серебро.

На диаграмме состояния применены следующие термины.

Солидус — наивысшая температура, при которой металл или сплав полностью затвердевает (кривая ADCEB).

Ликвидус — самая низшая температура, при которой металл или сплав остается еще полностью жидким (кривая АСВ).

Эвтектический состав представляет собой специфический'сплав, который полностью расплавляется при постоянной температуре. В этом отношении эвтектический сплав ведет себя подобно чистому металлу. Из диаграммы фиг. 13 видно, что эвтектика представляет собой состав, который показан точкой С, образованной при Пересе - чении двух опускающихся ветвей линии ликвидуса; причем темпе­ратура плавления сплава этого состава ниже точек ликвидуса со­седних сплавов.

Как показано на фиг. 13, чистое серебро (точка А) имеет тем­пературу плавления 960,5°, а чистая медь (точка В) температуру плавления 1083°. Температура солидуса для любого состава между 91,2% серебра — 8,8% меди и 8% серебра — 92% меди (линия Е) равна 779°.

Из диаграммы фиг. 13 видно, что в эвтектический состав входят 72% серебра и 28% меди (точка С). Этот состав плавится и стано­вится полностью жидким при 779°.

Любые сплавы, имеющие состав, отличный от эвтектического, не становятся полностью жидкими до тех пор, пока не будет достиг­нута более высокая температура. Например, сплав из 50% серебра и 50% меди имеет температуру солидуса 779°, а температуру лик­видуса 862°. Другими словами, этот состав сплава серебро—медь начинает плавиться при 779° и полностью превратится в жидкое со­стояние при 862°.

Интервал между температурой солидуса (кривая ADCEB) и температурой ликвидуса (кривая АС В) называется диапазоном тем­ператур плавления или интервалом кристаллизации. В этом диапа­зоне одни составляющие сплава находятся в жидкой фазе, а дру­гие — в твердой.

Температура плавления и температура растекания припоя являются терминами, имеющими общее применение, но так как они имеют не одно и то же значение, то это приводит к некоторой пу­танице. Во избежание этого в книге применяются термины солидус и ликвидус, которые более четко определяют эти понятия.

Припои с узким интервалом кристаллизации (малая разница между температурами солидуса и ликвидуса) и эвтектическим со­ставом ведут себя при плавлении и пайке подобно чистым метал­

лам. Такие припои широко применяются для пайки в тех случаях, когда величину. зазора в соединении легко установить. При пайке этими припоями можно применять как медленный, так и быстрый нагрев.

В противоположность этому имеются другие припои с широким интервалом кристаллизации (большая разница между температу­рами солидуса и ликвидуса), в случае применения которых необхо­димо принимать меры предосторожности во избежание слишком імедленного нагрева. При частичном расплавлении этих припоев (температура нагрева припоя в процессе пайки несколько выше температуры солидуса, но ниже температуры ликвидуса) жидкая их часть будет иметь состав, отличный от твердой части. Если при­пои этого типа предварительно поместить в соединение и медленно нагревать в пределах интервала кристаллизации, то жидкая часть припоя может затекать в соединение под действием сил капилляр­ного притяжения и образовывать спай, а твердая часть представ - .ляет собой нерасплавившийся остаток. Этот остаток остается в твердом состоянии даже в том случае, когда припой нагрет до -температуры выше его температуры ликвидуса, так как легкоплав­кая часть припоя уже затекла в соединение, а оставшаяся часть имеет более высокую температуру плавления. Разделение твердой и жидкой фаз припоя в процессе нагрева называется ликвацией. Однако, если нагрев для пайки производить быстро в пределах интервала кристаллизации до температуры выше температуры лик- івидуса припоя, то ликвации не произойдет, припой останется гомо­генным (однородным) и в таком состоянии затечет в соединитель­ный зазор.

Тенденция припоя с широким интервалом кристаллизации к лик - івации зависит от соотношения компонентов, которые плавятся, и ;времени, в течение которого это плавление происходит. Составляю­щие компоненты припоя, которые фактически остаются твердыми при температуре верхнего предела кристаллизации, не проявляют чрезмерного стремления к ликвации, а часть припоя, находящаяся :в жидком состоянии в процессе плавления, способна ликвировать.

Припой с широким интервалом кристаллизации, который не про­являет стремления к чрезмерной ликвации, часто применяется, когда пригонка деталей в узле не является точной, и в особенности, :когда в процессе производства невозможно поддерживать постоян­ный зазор между соединяемыми деталями. В тех случаях, когда детали собраны с ■ необходимым зазором, применяемый припой можно нагревать выше его температуры ликвидуса, чтобы обеспе­чить затекание его в узкий зазор за счет капиллярного притяжения. ‘Однако, когда при соединении требуется большой зазор, то припой. можно осторожно нагревать до температуры в пределах интервала кристаллизации, чтобы полностью заполнить больший зазор между этими деталями. Таким же образом можно делать швы с валиком, что было бы невозможно без припоев с широким интервалом кри­сталлизации. Однако применение таких припоев считается нецеле­сообразным и их по возможности исключают из употребления.

Температура, необходимая для па&ки

Согласно теории припой должен полностью расплавиться преж­де, чем он затечет в зазор и распределится в соединении под дейст­вием капиллярных сил. Поэтому обычно температура ликвидуса припоя может считаться самой низкой температурой, применяемой для пайки [5], и все детали, входящие в соединение, должны быть нагреты до этой температуры или выше.

Практически нельзя быть уверенным, что все внутренние и внеш­ние части паяемого соединения нагреваются только до этой мини­мальной температуры. Месторасположение и скорость нагрева, масса деталей и коэффициент термического расширения основного металла являются теми факторами, которые определяют распреде­ление тепла в паяемой детали. В случае быстрого местного нагрева (индукционная пайка) распределение температуры неравномерно и температура наружных поверхностей значительно больше, чем внутренних. При медленном нагреве (пайка в печи), когда деталь нагревается равномерно и постепенно, распределение температуры в паяемом узле более равномерное (см. ниже таблицы припоев).