Brazing a graphite composite to molybdenum alloy TZM using active copper-based filler metals with chromium additive

• Autorzy: Mirski Z.

Warianty tytułu

PL

Lutowanie twarde kompozytu grafitowego ze stopem molibdenowym TZM aktywnymi spoiwami miedzianymi z dodatkiem chromu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents issues of brazing the graphite composite CFC 222 with the molybdenum alloy TZM. Both materials demonstrate significant differences in physicochemical and mechanical properties that significantly affect brazing conditions and properties of the brazed joints. The performed brazing operation was preceded by a wettability test that decided selection of the filler metal. From among various copper-based filler metals, the best appeared a copper brazing filler metal with some addition of active chromium. Presented is a model of the wedge test, helpful at optimising the brazing process of two materials with different properties. Width of the brazing gap was selected on the ground of metallurgical examinations after the wedge test and transferred to the joint with a parallel gap. Applied were various forms of copper-based filler metals in that chromium was present as an alloying component, a component of the brazing paste, powder between copper covers and as a galvanic coating of a pure-copper strip. Evaluation of brazed joints of the composite CFC 222 with the TZM alloy is presented on the grounds of metallographic examinations by means of light microscopy and microhardness measurements, electron microscopy, EDX analysis of elements and XRD analysis of phase composition of the reactive zone.

PL

W pracy przedstawiono problematykę lutowania twardego kompozytu grafitowego CFC 222 ze stopem molibdenowym TZM. Obydwa materiały wykazują znaczne różnice we właściwościach fizykochemicznych i mechanicznych, które mają istotny wpływ na warunki lutowania i właściwości uzyskanych połączeń lutowanych. Wykonanie połączeń poprzedziła próba zwilżalności, która zdecydowała o wyborze lutu. Spośród różnych lutów na osnowie miedzi najlepszy okazał się lut miedziany z dodatkiem aktywnego chromu. Przedstawiono model próby klinowej, pomocny w optymalizacji procesu lutowania obydwu materiałów zróżnicowanych właściwościach. Na podstawie próby klinowej, w wyniku badań metalograficznych, dobrano szerokość szczeliny lutowniczej i przeniesiono ją na złącze ze szczeliną równoległą. Stosowano różne postacie lutów miedzianych, w których chrom występował jako składnik stopowy, składnik pasty lutowniczej, proszek między okładkami miedzianymi i jako pokrycie galwaniczne taśmy z czystej miedzi. Ocenę połączeń lutowanych kompozytu CFC 222 ze stopem molibdenowym TZM przedstawiono na podstawie badań metalograficznych za pomocą mikroskopii świetlnej i pomiarów mikrotwardości, mikroskopii elektronowej, analizy pierwiastków metodą EDX oraz analizy składu fazowego strefy reakcyjnej metodą dyfrakcji rentgenowskiej XRD.

Słowa kluczowe

EN

graphite composite CFC 222; molybdenum alloy TZM; vacuum brazing; copper-based brazing filler metal Cu-Cr; wettability; wedge test; brazing gap; metallographic examinations; EDX and XRD analyses

PL

grafit kompozytu CFC 222; stop molibdenu TZM; lutowanie; spoiwa miedziane z dodatkiem chromu; zwilżanie; próba klinowa; szczelina lutownicza; badania metalograficzne; EDX; XRD

• 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: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 3
• Strony: 829--837
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Mirski Z.

• Institute of Machine Engineering and Automation, Wroclaw University of Technology, 50-370 Wrocław, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Poland

Bibliografia

• [1] Z. Mirski, T. Piwowarczyk, Analysis of adhesive properties of B2 hardmetal surface, Archives of Civil and Mechanical Engineering 2, 93-104 (2009).
• [2] Z. Mirski, T. Piwowarczyk, Composite adhesive joints of hardmetals with steel, Archives of Civil and Mechanical Engineering 3, 83-94 (2010).
• [3] Z. Mirski, K. Granat, A. Prasałek, The diffusive barriers in copper with austenitic steel joints brazed with Cu-P-Ag filler metal, Archives of Metallurgy and Materials 4, 1035-1046 (2008).
• [4] R. Lison, Lutowanie i jego miejsce wśród metod spajania (Brazing and its place among bonding methods), Welding Review 8-10, 73-80 (2002) (in Polish).
• [5] B. Ciszewski, W. Przetakiewicz, Nowoczesne materiały w technice (Modern materials in technology), Bellona Publ., Warsaw (1993) (in Polish).
• [6] Z. Mirski, R. Lison, Herstellung einer Kühlstruktur f%uUr Fusionsexperimente aus den Werkstoffen kohlefaserverstärkter Kohlenstoff (CFC), TZM und Stahl (Manufacture of a cooling structure of composite graphite (CFC), TZM and steel for fusion experiments), 13 th International Plansee Seminar, 24-28 May 1993, Reutte, Plansee Metall AG, Bildstein H. u. Eck R. Publ. 1, 924-938 (1993) (in German).
• [7] FORSCHUNGSZENTRUM Jülich GmbH, Central Technology Division, Company Publication, Jülich (2002) (in German).
• [8] SCHUNK (Germany), Kohlenstofftechnik GmbH, Company Publication (in German).
• [9] PLANSEE (Austria): TZM, eine Hochtemperatur - Molybdänlegierung (TZM, high-temperature molybdenum alloy), Company Publication, Reutte (in German).
• [10] W. Włosiński, The joining of advanced materials, Publishing House of Warsaw University of Technology, Warsaw (1999).
• [11] J. Pilarczyk, Poradnik Inżyniera-Spawalnictwo (Engineer's Handbook - Welding Technology) 2, WNT Publ., Warsaw (2005) (in Polish).
• [12] L. T. Anikin, V. S. Dergunova, G. A. Kraveckij, T. A. Kokina, Pajka i svarka grafita (Brazing and welding of graphite), Izd. Metallurgija Publ., Moskva (1978) (in Russian).
• [13] T. B. Massalski, Binary alloys phase diagrams, American Society for Metals, Ohio (1987).
• [14] K. Dies, Kupfer und Kupferlegierungen in der Technik (Copper and copper alloys in technology), Springer-Verlag Publ., Berlin/Heidelberg/New York (1967) (in German).
• [15] R. Lison, Wege zum Stoffschluss über Schweiss- und Lötprozesse (Ways to make joints by welding and brazing), Fachbuchreihe Schweisstechnik, Bd. 131, DVS Verlag Publ., Düsseldorf (1998) (in German).
• [16] Z. Mirski, Sterowanie szerokością szczeliny lutowniczej w procesach spajania materiałów różnoimiennych (brazing gap width control in brazing processes of dissimilar materials), Scientific Works of the Institute of Machine Engineering and Automation of Wroclaw University of Technology No. 73, Series Monographs No. 22, Publishing House of Wroclaw University of Technology, Wrocław (2000) (in Polish).
• [17] Z. Mirski, Znaczenie próby klinowej w lutowaniu materiałów różnoimiennych (Meaning of wedge test in brazing dissimilar materials), Bulletin of Welding Institute 5, 89-92 (2003) (in Polish).