По определению пайки, ее температура /п должна быть ниже температуры солидуса паяемого металла ^км, но выше темпера­туры солидуса t^”n или ликвидуса /ДЧ припоя.

Температурный режим пайки определяется характеристичес­кими температурами: минимальной температурой tmin, максималь­ной температурой tmax f рабочей температурой tn, при которой происходит изотермическая выдержка при пайке, а также тем­пературным интервалом, в котором обеспечивается получение качественного паяного соединения — Рабочая темпера­тура пайки обычно находится внутри температурного интервала, ограниченного температурами /тах и tnun.

К числу важных характеристических температур паяного соединения относится температура его распайки tpCn. Во всех случаях температура эксплуатации паяного изделия t3 должна быть ниже температуры распайки tpcn соединения, а последняя ниже температуры солидуса паяемого металла

Із <С ^рсп ^ І с м •

Равенство ^Рсп = tc м может быть достигнуто, как правило, только после диффузионной пайки. Если паяемый металл паять припоем, слабо с ним взаимодействующим, то tpCn ^ tcn. Если ком­поненты паяемого металла и припоя образуют диаграммы состоя­ния с непрерывным рядом твердых растворов с повышающейся температурой солидуса, то tpcn> tcn. При ограниченных твердых

23

растворах или образовании непрерывного ряда твердых раство­ров С минимумом *рсп< *СП.

С учетом приведенных соотношений и ввиду того, что tcn<tCM для случая, когда припой при пайке образует с паяемым металлом сплавы с температурой солидуса ниже температуры солидуса припоя, справедливо неравенство

< tреп ^ tC П ^ м •

Когда припой и паяемый металл образуют в шве сплав с темпе­ратурой солидуса выше температуры солидуса припоя, то

із <С tc П <С /реп ^ tc м.

Равенство tpcn = tcn соответствует случаю, когда сплав, обра­зующийся в шве, имеет температуру солидуса ту же, что и припой (при отсутствии взаимодействия между паяемым материалом и припоем А и В или при образовании между ними эвтектик или перитектик, не отличающихся заметно по температуре плавления от температуры плавления припоя). Поэтому в общем случае температура пайки tn может быть и выше и ниже температуры распаики tpen, В tsCtn.

Следовательно, зависимость между характеристическими тем­пературами паяного соединения, паяемого металла и пайки в об­щем виде должна быть

<С /реп tc п tc м •

Однако такие ограничения температуры пайки хотя и необхо­димы, но еще недостаточны. Очевидно, что к последнему условию должны быть добавлены другие условия.

Температурный интервал пайки Д^п должен находиться в тем­пературном интервале активности флюса Д^ф при контакте его с паяемым металлом и припоем или в интервале температур, при котором возможно активирование паяемой поверхности в вакууме, инертных или активных газовых средах (Д£в, Д^и, Д^га):

AtnCZtK, Д/п^иД/и» A/nCZ/raJ Д/ПС1 Д/ф.

Качество паяного изделия существенно зависит не только от свойств паяных соединений, но и от того, как изменяются свой­ства паяемого (основного) материала под действием нагрева при пайке и материала деталей собранного изделия, не подвергаемых непосредственно пайке, но нагреваемых в процессе ее выполнения. Ухудшение свойств конструкционного материала, прежде всего механических и коррозионных, под действием нагрева в процессе пайки связано с его структурными изменениями, происходящими при этом: снятием эффектов наклепа или нагартовки и термической обработки, ростом зерна и изменения состояния сплава по грани­цам зерен, старением или отпуском, пережогом.

При нагреве холоднодеформированного металла до температу­ры 0,2^пл идет первая стадия снятия наклепа или нагартовки — возврат или отдых; при этом вакансии перемещаются к границам зерен с межузельными атомами, что приводит к уменьшению количества дислокаций и снижению микронапряжений в металле и, следовательно, к понижению прочности и повышению пластич­ности металла.

При нагреве слабодеформированных железа, алюминия и их сплавов до температуры ~0,3/Пл наступает вторая стадия возвра­та — полигонизация; при этом формируется ячеистая структура, являющаяся следствием образования субзерен с угловыми грани­цами, и пластичность металла еще более повышается.

При нагреве слабо холоднодеформированных металлов в ин­тервале температур 0,3 —0,5 tnjl в местах наибольшей концентра­ции дислокаций (на границах старых деформированных зерен) зарождаются и растут новые равновесные зерна (первичная ре­кристаллизация). При достаточной выдержке или при дальней­шем повышении температуры текстурированная структура метал­ла заменяется равноосными зернами рекристаллизованной струк­туры. Все это приводит к снижению прочности и к дальнейшему повышению пластичности металла.

Величина рекристаллизованного зерна зависит Ъу степени деформации, температуры и времени рекристаллизации зерна исходного размера. Максимальный размер зерна характерен для рекристаллизации металла, подвергнутого деформации с критиче­ской степенью 3—15 %. При этом в металле при рекристаллизации образуется ограниченное число зародышей рекристаллизован - ных зерен.

Дальнейшее повышение степени деформации приводит к ро­сту числа центров рекристаллизованных зерен по степенному, а повышение температуры нагрева — по экспоненциальному за­кону. При дальнейшем повышении температуры рост зерен вслед­ствие усиления диффузионных процессов резко возрастает.

Температура рекристаллизации сильно деформированных чистых металлов, по правилу А. А. Бочвара, составляет 0,3— 0,4 /пл, а у сплавов и сталей она существенно выше (0,4—0,5 /пл). Данные о такой температуре для сплавов могут быть определены по их диаграммам рекристаллизации, представляющим зависи­мость температуры начала и конца этого процесса от степени деформации при заданной длительности нагрева, или по трехмер­ным диаграммам рекристаллизации, представляющим зависи­мость средней площади зерна от степени деформации и темпера­туры.

У таких металлов, как молибден и хром, рекристаллизация приводит к снижению их пластичности при нормальной темпера­туре и предела ползучести при повышенных температурах.

Уже после первичной рекристаллизации изменяются также электрическое сопротивление, удельный объем, термоЭДС и дру­гие физические свойства металлов и сплавов, приближаясь к тако­вым для отожженного состояния.

Собирательная рекристаллизация характеризуется дальней­шим ростом зерен, возникающих в результате первичной рекри­сталлизации. При этом происходит аномальный рост крупных зерен, уменьшение общей длины границ зерен, понижение поверх­ностной энергии металла, образование тройных стыков зерен под углом 120°. Собирательная рекристаллизация протекает тем ин­тенсивнее, чем выше температура нагрева. Включения дисперс­ных фаз тормозят первичную и собирательную рекристаллизацию. При еще более высокой температуре нагрева металлов и сплавов может получить развитие вторичная рекристаллизация, при кото­рой происходит аномальный рост некоторых крупных зерен и обра­зование разнозеренной грубой структуры металла.

Изменение коррозионной стойкости и разупрочнение состарен­ных или закаленных сплавов при нагреве происходят в резуль­тате искусственного (>>20 °С) или естественного (~20 °С) рас­пада пересыщенных твердых растворов. Такой распад осуществля­ется прерывисто (локально) или непрерывно (однородно).

Изменение состояния металлов и сплавов по границам зерен может быть следствием перегрева или пережога. При перегреве в металлах и сплавах образуется крупнокристаллическая струк­тура, в результате чего ухудшаются их механические, особенно динамические свойства. К перегреву не склонны наследственно мелкозернистые стали, содержащие 0,03—0,04 %А1 или 0,1 — 0,4 %Ti, но склонны стали с наследственно крупным зерном. Струк­турные изменения материала при перегреве могут быть устране­ны последующей нормализацией в сплавах, не испытывающих фазового наклепа.

Пережог сплавов независимо от их исходного состояния на­ступает вследствие оплавления или окисления границ зерен при нагреве их вблизи температуры солидуса, что существенно снижа­ет их пределы прочности, усталости, пластичность и вязкость.

Пережог в сталях и сплавах протекает в три стадии. На пер­вой стадии происходит обогащение границ зерен легирующими элементами. На второй стадии по границам зерен возникают пу­стоты без признаков окисления металла. На третьей стадии про­исходит окисление границ зерен. Исправление структуры конст­рукционных материалов после пережога возможно только после первой его стадии путем последующей гомогенизации и отжига. Структурные изменения на второй и третьей стадиях пережога — неустранимый дефект.

Температурный интервал пайки Мп должен находиться вне интервалов запрещенных температур для паяемого металла Д^3 м и припоя Д/3 п; Ми ^ М3 м; Mn^t3 п.

К запрещенным относятся и температурные интервалы (при достаточно длительном нагреве или медленном охлаждении), в которых паяемый металл претерпевает структурные или фазо­вые изменения, недопустимо ухудшающие свойства паяного соеди­нения или изделия в целом (механические, коррозионные и др.).

. Кроме того, температурный интервал пайки должен находить­ся вне температурных интервалов развития диффузионной пори­стости (Д/пор), охрупчивания паяемого металла в контакте с жид­ким припоем (Д/охр) и ниже температуры начала недопустимого развития химической эрозии (tx э), роста прослоек химических соединений (tx с):Д^Д*поР; Atn^&toxp; Atn<Atx 3; Afn</X с

Вследствие того что развитие физико-химических процессов взаимодействия паяемого металла с припоем, флюсом, газовой средой происходит во времени, температурный интервал пайки зависит от длительности контакта конструкционного материала Мк и припоя Мп: при малой длительности контакта этот интервал может смещаться в область более высоких температур, а при уве­личении времени контакта — в область более низких температур. Следовательно, температурный интервал пайки в известной степе­ни зависит от времени пайки.

Временной режим пайки характеризуется длительностью на­грева до температуры пайки тї, длительностью пайки тг, длитель­ностью охлаждения тзхл, длительностью нагрева выше темпера­туры ликвидуса припоя. Общее время пайки

Т„=т? + т? + т§хл.

В общем случае продолжительность выдержки Т2 при темпе­ратуре пайки tn должна быть меньше продолжительности отжига паяемого металла т2™; недопустимого роста прослойки химиче­ских соединений по границе шва Тхд; недопустимого развития хими­ческой эрозии Тхэ в паяемом металле; недопустимого роста зерна паяемого металла Трд3. Следовательно, ||п<тЕ!™; ТпСт"?, т£<Тхд, тйСТрд3 и т. д. Продолжительность выдержки при температуре диффузионной пайки должна быть достаточной для протекания диффузионных процессов в паяемом металле и паяном шве — для рассасывания хрупких интерметаллидных включений, «залечи­вания» пор, гомогенизации шва тЦ^Тдиф п.

На качество паяного соединения существенно влияет также скорость нагрева изделия и припоя до рабочей температуры пайки (tn/тп). Слишком медленный нагрев паяемого металла может способствовать недопустимому изменению его структуры и свойств. Слишком медленный нагрев припоя может привести к изменению его состава в результате, например, испарения, окисле­ния компонентов или расплавления и вытекания из него легко­плавких составляющих, а следовательно, и к изменению темпе­ратурного интервала плавления припоя и свойств соединения. При слишком быстром нагреве появляется опасность возникнове ния недопустимых термических деформаций в паяемых, особенно тонкостенных деталях.

Скорость охлаждения после пайки (^п/тзхл) может существен­но влиять на пластичность и прочность металла паяного шва, особенно при его закалке или при образовании в нем упорядо­ченных твердых растворов и неравновесном распаде их, а также при возникновении внутренних растягивающих напряжений и де­формаций тонкостенных элементов в паяном изделии. Поэтому

/п/тзХЛ<^Кр.

К температурно-временным характеристикам режима пайки относятся средняя скорость нагрева до рабочей температуры пайки и средняя скорость охлаждения до температуры 20 °С. В некоторых случаях при необходимости обеспечения определен­ной скорости нагрева или охлаждения на отдельных участках кри­вой термического цикла пайки может быть указана их средняя скорость.

Режим давления при пайке характеризуется: т{5 — длитель­ностью до начала приложения давления; т?—длительностью нарастания давления до заданной величины; т;2 — длительностью приложения максимального давления ртак; т;з — длительностью снижения давления и, наконец, общим временем приложения дав­ления: тп = т? + т§ + т§. При отсутствии стабильного по времени режима пайки момент приложения давления может быть задан по температуре.