Szuperötvözetek forrasztása
(1) A forrasztási tulajdonságok alapján a szuperötvözetek három kategóriába sorolhatók: nikkel alapú, vas alapú és kobalt alapú. Jó mechanikai tulajdonságokkal, oxidációs ellenállással és korrózióállósággal rendelkeznek magas hőmérsékleten. A nikkel alapú ötvözet a legszélesebb körben használt a gyakorlati gyártásban.
A szuperötvözet több Cr-t tartalmaz, és hevítés közben nehezen eltávolítható Cr2O3-oxid film képződik a felületén. A nikkel alapú szuperötvözetek Al-t és Ti-t tartalmaznak, amelyek hevítés közben könnyen oxidálódnak. Ezért a szuperötvözetek oxidációjának megelőzése vagy csökkentése hevítés közben, valamint az oxidfilm eltávolítása a fő probléma a forrasztás során. Mivel a folyósítószerben lévő bórax vagy bórsav a forrasztási hőmérsékleten az alapfém korrózióját okozhatja, a reakció után kicsapódó bór behatolhat az alapfémbe, ami szemcsék közötti beszűrődést eredményezhet. Magas Al- és Ti-tartalmú öntött nikkel alapú ötvözetek esetén a forrasztás során a vákuum foka forró állapotban nem lehet kevesebb, mint 10-2 ~ 10-3pa, hogy elkerüljük az ötvözet felületén a hevítés során fellépő oxidációt.
Oldással és kicsapással erősített nikkelötvözetek esetében a forrasztási hőmérsékletnek meg kell egyeznie az oldatkezelés melegítési hőmérsékletével, hogy biztosítsa az ötvözőelemek teljes feloldódását. A forrasztási hőmérséklet túl alacsony, és az ötvözetelemek nem oldódnak fel teljesen; Ha a forrasztási hőmérséklet túl magas, az alapfém szemcséi megnőnek, és az anyag tulajdonságai még hőkezelés után sem állnak helyre. Az öntött alapötvözetek szilárd oldathőmérséklete magas, ami általában nem befolyásolja az anyag tulajdonságait a túl magas forrasztási hőmérséklet miatt.
Néhány nikkel alapú szuperötvözet, különösen a kiválásos erősítésű ötvözetek, hajlamosak a feszültségi repedésekre. Forrasztás előtt a folyamat során keletkező feszültséget teljesen el kell távolítani, és a forrasztás során a hőfeszültséget minimalizálni kell.
(2) A nikkel alapú ötvözet forrasztóanyagként ezüst alapú, tiszta réz, nikkel alapú és aktív forrasztóanyagot is lehet forrasztani. Ha a kötés üzemi hőmérséklete nem magas, ezüst alapú anyagok használhatók. Az ezüst alapú forrasztóanyagok sokféle típusa létezik. A forrasztás során fellépő belső feszültség csökkentése érdekében a legjobb alacsony olvadáspontú forrasztóanyagot választani. Az Fb101 forrasztóanyag ezüst alapú hozaganyaggal történő forrasztáshoz használható. Az Fb102 forrasztóanyagot a legmagasabb alumíniumtartalmú, kiválásos erősítésű szuperötvözetek forrasztásához használják, és 10% ~ 20% nátrium-szilikát vagy alumínium forrasztóanyagot (például FB201) adnak hozzá. Ha a forrasztási hőmérséklet meghaladja a 900 ℃-ot, FB105 forrasztóanyagot kell választani.
Vákuumban vagy védőgázas forrasztás esetén tiszta réz használható forrasztóanyagként. A forrasztási hőmérséklet 1100 ~ 1150 ℃, a kötés nem okoz feszültségrepedéseket, de az üzemi hőmérséklet nem haladhatja meg a 400 ℃-ot.
A nikkel alapú forrasztóanyag a szuperötvözetek leggyakrabban használt forrasztóanyaga, mivel jó magas hőmérsékleti teljesítményt nyújt, és forrasztás közben nem okoz feszültségrepedéseket. A nikkel alapú forrasztóanyag fő ötvözőelemei a Cr, Si, B, és kis mennyiségű forrasztóanyag Fe-t, W-t stb. is tartalmaz. A nikkel-cr-si-b-vel összehasonlítva a b-ni68crwb forrasztóanyag csökkentheti a B szemcsék közötti beszivárgását az alapfémbe, és növelheti az olvadási hőmérséklet-tartományt. Ez egy forrasztóanyag magas hőmérsékletű alkatrészek és turbinalapátok forrasztásához. A W-tartalmú forrasztóanyag folyékonysága azonban romlik, és a hézagot nehéz szabályozni.
Az aktív diffúziós forrasztó hozaganyag nem tartalmaz Si-t, kiváló oxidációs és vulkanizációs ellenállással rendelkezik. A forrasztási hőmérséklet a forrasztóanyag típusától függően 1150 ℃ és 1218 ℃ között választható. A forrasztás után 1066 ℃-os diffúziós kezeléssel az alapfémmel megegyező tulajdonságokkal rendelkező forrasztott kötés érhető el.
(3) A nikkelalapú ötvözetek forrasztási eljárása magában foglalhatja a védőgázas kemencében történő forrasztást, a vákuumforrasztást és az átmeneti folyadékfázisú csatlakozást. Forrasztás előtt a felületet zsírtalanítani kell, és az oxidot csiszolópapírral, filckoronggal, acetonos súrolással és kémiai tisztítással kell eltávolítani. A forrasztási eljárás paramétereinek kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy a melegítési hőmérséklet ne legyen túl magas, a forrasztási idő pedig rövid legyen, hogy elkerüljük a folyósítószer és az alapfém közötti erős kémiai reakciót. Az alapfém repedésének megakadályozása érdekében a hidegen megmunkált alkatrészeket hegesztés előtt feszültségmentesíteni kell, és a hegesztési melegítésnek a lehető legegyenletesebbnek kell lennie. Kicsapódással erősített szuperötvözetek esetén az alkatrészeket először szilárd oldatkezelésnek kell alávetni, majd az öregítési erősítési kezelésnél valamivel magasabb hőmérsékleten kell forrasztani, végül pedig öregítési kezelésnek.
1) Védőatmoszférás kemencében történő forrasztás A védőatmoszférás kemencében történő forrasztáshoz nagy tisztaságú védőgáz szükséges. A 0,5%-nál kisebb w(AL) és w(TI) tartalmú szuperötvözetek esetében a harmatpontnak -54 ℃ alatt kell lennie hidrogén vagy argon használata esetén. Az Al- és Ti-tartalom növekedése esetén az ötvözet felülete továbbra is oxidálódik hevítés hatására. A következő intézkedéseket kell tenni: Kis mennyiségű folyósítószer (például fb105) hozzáadása és az oxidfilm eltávolítása folyósítószerrel; 0,025 ~ 0,038 mm vastag bevonat felvitele az alkatrészek felületére; Előzetesen forrasztóforrasztót kell permetezni a forrasztandó anyag felületére; Kis mennyiségű gázfolyósítószer, például bór-trifluorid hozzáadása.
2) Vákuumforrasztás A vákuumforrasztást széles körben alkalmazzák a jobb védőhatás és forrasztási minőség elérése érdekében. A tipikus nikkel alapú szuperötvözet kötések mechanikai tulajdonságait lásd a 15. táblázatban. A 4%-nál kisebb w(AL) és w(TI) tartalmú szuperötvözetek esetén jobb, ha 0,01 ~ 0,015 mm nikkel réteget galvanizálunk a felületre, bár a forraszanyag nedvesítése speciális előkezelés nélkül is biztosítható. Ha a w(AL) és w(TI) meghaladja a 4%-ot, a nikkelbevonat vastagságának 0,020,03 mm-nek kell lennie. A túl vékony bevonatnak nincs védőhatása, a túl vastag bevonat pedig csökkenti a kötés szilárdságát. A hegesztendő alkatrészek vákuumforrasztáshoz dobozba is helyezhetők. A dobozt getterrel kell feltölteni. Például a Zr magas hőmérsékleten gázt nyel el, ami lokális vákuumot képezhet a dobozban, megakadályozva ezzel az ötvözet felületének oxidációját.
15. táblázat: Tipikus nikkel alapú szuperötvözetek vákuumforrasztott kötéseinek mechanikai tulajdonságai
A szuperötvözet forrasztott kötés mikroszerkezete és szilárdsága a forrasztási rés méretével változik, és a forrasztás utáni diffúziós kezelés tovább növeli a kötési rés maximálisan megengedett értékét. Példaként véve az Inconel ötvözetet, a b-ni82crsib-bel forrasztott Inconel kötés maximális rése elérheti a 90 μm-t 1000 °C-on, 1H esetén végzett diffúziós kezelés után; azonban a b-ni71crsib-bel forrasztott kötések esetében a maximális rés körülbelül 50 μm 1000 °C-on, 1H esetén végzett diffúziós kezelés után.
3) Átmeneti folyadékfázisú csatlakozás Az átmeneti folyadékfázisú csatlakozás során hozaganyagként olyan közbenső rétegű ötvözetet (kb. 2,5 ~ 100 μm vastag) használnak, amelynek olvadáspontja alacsonyabb, mint az alapféméé. Kis nyomáson (0 ~ 0,007 MPa) és megfelelő hőmérsékleten (1100 ~ 1250 °C) a közbenső réteg anyaga először megolvasztja és nedvesíti az alapfémet. Az elemek gyors diffúziója miatt izotermikus megszilárdulás következik be a csatlakozásnál, létrehozva a csatlakozást. Ez a módszer nagymértékben csökkenti az alapfém felületének illesztési követelményeit, és csökkenti a hegesztési nyomást. Az átmeneti folyadékfázisú csatlakozás fő paraméterei a nyomás, a hőmérséklet, a tartási idő és a közbenső réteg összetétele. Kisebb nyomást kell alkalmazni a hegesztett szerkezet illeszkedő felületének jó érintkezése érdekében. A melegítési hőmérséklet és az idő nagy hatással van a csatlakozás teljesítményére. Ha a kötésnek ugyanolyan erősnek kell lennie, mint az alapfémnek, és nem befolyásolja az alapfém teljesítményét, akkor magas hőmérsékletet (például ≥ 1150 ℃) és hosszú időt (például 8 ~ 24 óra) kell alkalmazni. Ha a kötés minősége romlik, vagy az alapfém nem bírja a magas hőmérsékletet, akkor alacsonyabb hőmérsékletet (1100 ~ 1150 ℃) és rövidebb időt (1 ~ 8 óra) kell használni. A közbenső rétegnek a csatlakoztatott alapfém összetételét kell alapul vennie, és különböző hűtőelemeket kell hozzáadni, például B, Si, Mn, Nb stb. Például az Udimet ötvözet összetétele ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, és az átmeneti folyadékfázisú csatlakozás közbenső rétegének összetétele b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Mindezek az elemek a NiCr vagy NiCrCo ötvözetek olvadáspontját a legalacsonyabbra csökkenthetik, de a B hatása a legnyilvánvalóbb. Ezenkívül a B magas diffúziós sebessége gyorsan homogenizálhatja a közbenső ötvözetet és az alapfémet.
Közzététel ideje: 2022. június 13.