Mechanical and structural properties of joints of stainless steel and titanium brazed with silver filler metals containing tin

• Autorzy: Winiowski A.

Warianty tytułu

PL

Właściwości mechaniczne i strukturalne złączy stali nierdzewnej i tytanu lutowanych spoiwami srebrnymi zawierającymi cynę

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Joining of titanium and its alloys with stainless steel by means of welding methods and obtaining joints characterised by good operation properties constitutes today a significant problem in relation to research and technology. Apart from specialised welding technologies, brazing is one of the basic methods applied for joining these having diversified physical and chemical properties material combinations. Brazing is especially recommendable in the production of systems and heat exchangers for chemical industry as well as subassemblies of nuclear reactors and aircraft engines and accessories. Similarly as in case of welded joints of stainless steel and titanium, the mechanical properties of brazed joints of the aforesaid materials are connected with the occurrence of hard and brittle intermetallic phases appearing in the form of continuous layers on braze boundaries. This work reports testing of strength properties and investigation of structures of vacuum-brazed joints of stainless chromium-nickel steel (X6CrNiTi18-10) and titanium (Grade 2) at 820÷900°C for 5÷20 min by means of silver brazing filler metals with tin grade B-Ag68CuSn-730/755 (Ag68Cu28Sn4) i B-Ag65CuSnNi-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2). These filler metals assure better wettability of stainless steel hard to wettable in vacuum brazing. The structural tests were conducted taking advantage of optical microscopy; by means of a scanning electron microscope (SEM) and energy-dispersion spectrometer (EDS). The test results allowed to specify the most convenient brazing parameters of the tested material system from the mechanical properties point of view and to determine of qualitative and geometrical changes in joint structures depending on temperature and brazing times.

PL

Łączenie metodami spawalniczymi tytanu i jego stopów ze stalą nierdzewną i uzyskanie w efekcie połączeń o wymaganej dobrej jakości oraz korzystnych własnościach eksploatacyjnych stanowi wciąż ważny i aktualny problem badawczy oraz technologiczny. Lutowanie twarde obok specjalistycznych metod spawania i zgrzewania jest jedną z podstawowych metod łączenia tego układu materiałowego o zróżnicowanych własnościach fizycznych i chemicznych. Metoda ta jest szczególnie zalecana w produkcji instalacji oraz wymienników ciepła dla przemysłu chemicznego, a także podzespołów reaktorów nuklearnych oraz osprzętu i silników lotniczych. Własności mechaniczne połączeń lutowanych tytan - stal nierdzewna, podobnie jak połączeń spawanych i zgrzewanych tych materiałów, są związane z występowaniem twardych i kruchych faz międzymetalicznych wydzielających się w postaci ciągłych warstw na granicach lutowin. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań własności wytrzymałościowych oraz struktur połączeń stali nierdzewnej chromowo-niklowej X6CrNiTi18-10 z tytanem Grade 2 lutowanych próżniowo w temperaturach 820÷900°C i czasach 5÷20 min lutami srebrnymi, zawierającymi niewielki dodatek cyny, w gat. B-Ag68CuSn-730/755 (Ag68Cu28Sn4) i B-Ag65CuSnNi-740/767 (Ag65Cu28Sn5Ni2). Luty te zapewniają korzystniejszą zwilżalność trudno zwilżalnej w warunkach lutowania próżniowego stali nierdzewnej. Badania strukturalne połączeń prowadzono z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej, mikroskopu elektronowego - skaningowego (SEM) oraz spektrometru dyspersji energii (EDS). Przeprowadzone badania pozwoliły na ustalenie najkorzystniejszych ze względu na własności mechaniczne parametrów lutowania badanego układu materiałowego a także na określenie zmian strukturalnych w połączeniach, wykonywanych w różnych warunkach temperaturowo - czasowych procesu.

Słowa kluczowe

EN

brazing; vacuum brazing; stainless steel; titanium; intermetallic phases; mechanical properties of brazed joints; brazing parameters

PL

lutowanie; lutowanie próżniowe; stal nierdzewna; tytan; fazy międzymetaliczne; własności mechaniczne połączeń lutowanych; parametry lutowania

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 4
• Strony: 991--1000
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Winiowski A.

• Institute of Welding, 44-100 Gliwice, 16/18 BŁ. Czesława Str., Poland

Bibliografia

• [1] Joint publication, Poradnik Inżyniera. Spawalnictwo. T. 1i2 WNT, Warszawa 2004/2005 (in Polish).
• [2] M. Schwarz, Brazing. Ed. 2, ASM International, Materials Park, Ohio, 107-117 (2003).
• [3] Joint publication, Brazing Handbook. AWS, Miami, 359-379, (1991).
• [4] W. Müller, J. U. Müller, Löttechnik. DVS, Düseldorf, (1995) (in German).
• [5] N. F. Łaško, S. V. Łaško, Pajka metałłov. Mašinostrojenie, Moskva. 338-353, (1984) (in Russian).
• [6] Joint publication, Spravočnik po pajkie. Mašinostrojenie, Moskva. 281-284, (2003) (in Russian).
• [7] V. I. Dybkov, Reaction diffusion and solid state chemical kinetics. IPMS Publications, Kijev, (2002).
• [8] T. B. Massalski, Binary alloy phase diagrams. ASM International, Materials Park, Ohio, (1991).
• [9] P. Villars, A. Prince, H. Okamoto, Handbook of tenary alloy phase diagrams. T. 7i8. ASM International, Materials Park, Ohio, (1995).
• [10] A. Shapiro, A. Rabinkin, State of art of titanium based brazing filler metals. Welding Journal no. 10, 36-43, (2003).
• [11] X. Yue, P. He, J. C. Feng, J. H. Zhang, F. Q. Zhu, Microstructure and interfacial reactions of vacuum brazing titanium alloy to stainless steel using an AgCuTi filler metal. Materials Characterization 59, 1721-1727, (2008).
• [12] C. C. Liu, C. L. Ou, R. K. Shiu, The microstructural observation and wettability study of brazing Ti-6Al-4V and 304 stainless steel using three braze alloys. Journal of Materials Science 37, 2225-2235, (2002).
• [13] A. El Refaey, W. Tillman, Characterization of titanium/steel joints brazed in vacuum. Welding Journal, 87, 5, 113-118, (2008).
• [14] A. El Refaey, W. Tillman, Microstructure and mechanical properties of brazed titanium/steel joints. Journal Mater. Sci. 42, 9553-9558, (2007).
• [15] K. Matsu, Y. Miyazawa, Y. Totsuka, T. Ariga, Brazing of CP-Ti to stainless steel. Lectures of International Conference "Brazing, high temperature brazing and diffusion welding", Aachen, 57-60 (2004).
• [16] W. Qu. Zuang, A. Khan, Y. Yang, Brazing titanium alloy and stainless steel with copper-based filler metal. Lectures of International Conference "Brazing, high temperature brazing and diffusion welding", Aachen, 317-321, (2004).
• [17] A. Winiowski, Impact of condition and parameters of brazing of stainless steel and titanium on mechanical and structural properties of joints. Archives of Metallurgy and Materials 52, 4, 593-608 (2007).
• [18] A. Winiowski, M. Różański, The Final Report of Statutory R&D Activity. Dc-19, Institute of Welding, Gliwice (2007) (in Polish).