Lödning av superlegeringar

Lödning av superlegeringar

(1) Höglödningsegenskaper superlegeringar kan delas in i tre kategorier: nickelbas, järnbas och koboltbas.De har goda mekaniska egenskaper, oxidationsbeständighet och korrosionsbeständighet vid höga temperaturer.Nickelbaserad legering är den mest använda i praktisk produktion.

Superlegeringen innehåller mer Cr, och Cr2O3-oxidfilm som är svår att ta bort bildas på ytan vid uppvärmning.Nickelbaserade superlegeringar innehåller Al och Ti, som är lätta att oxidera vid upphettning.Att förhindra eller minska oxidationen av superlegeringar under upphettning och att avlägsna oxidfilmen är därför det primära problemet under hårdlödning.Eftersom borax eller borsyra i flussmedlet kan orsaka korrosion av basmetallen vid hårdlödningstemperaturen, kan bor som fälls ut efter reaktionen tränga in i basmetallen, vilket resulterar i intergranulär infiltration.För gjutna nickelbaserade legeringar med högt Al- och Ti-innehåll ska vakuumgraden i varmt tillstånd inte vara mindre än 10-2 ~ 10-3pa under hårdlödning för att undvika oxidation på legeringsytan under uppvärmning.

För lösningsförstärkta och utfällningsförstärkta nickelbaserade legeringar bör lödtemperaturen överensstämma med uppvärmningstemperaturen för lösningsbehandlingen för att säkerställa fullständig upplösning av legeringselement.Hårdlödningstemperaturen är för låg och legeringselementen kan inte helt lösas upp;Om hårdlödningstemperaturen är för hög kommer basmetallkornet att växa upp och materialegenskaperna kommer inte att återställas även efter värmebehandling.Den fasta lösningstemperaturen för gjutna baslegeringar är hög, vilket i allmänhet inte kommer att påverka materialegenskaperna på grund av för hög hårdlödningstemperatur.

Vissa nickelbaserade superlegeringar, speciellt nederbördsförstärkta legeringar, har en tendens att spänningsspricka.Före hårdlödning måste spänningen som bildas i processen avlägsnas helt, och den termiska spänningen bör minimeras under hårdlödning.

(2) Hårdlödningsmaterial nickelbaserad legering kan lödas med silverbas, ren koppar, nickelbas och aktivt lod.När arbetstemperaturen för fogen inte är hög kan silverbaserade material användas.Det finns många sorters silverbaserade lödningar.För att minska den inre spänningen under hårdlödningsuppvärmning är det bäst att välja lodet med låg smälttemperatur.Fb101 flussmedel kan användas för lödning med silverbastillsatsmetall.Fb102 flussmedel används för lödning av utfällningsförstärkt superlegering med högsta aluminiuminnehåll, och 10 % ~ 20 % natriumsilikat eller aluminiumfluss (som fb201) tillsätts.När lödtemperaturen överstiger 900 ℃ ska fb105 flöde väljas.

Vid lödning i vakuum eller skyddande atmosfär kan ren koppar användas som lödning av tillsatsmetall.Hårdlödningstemperaturen är 1100 ~ 1150 ℃, och fogen kommer inte att producera spänningssprickor, men arbetstemperaturen får inte överstiga 400 ℃.

Nickelbaserad hårdlödningsfyllnadsmetall är den mest använda hårdlödningsmetallen i superlegeringar på grund av dess goda högtemperaturprestanda och inga spänningssprickor under hårdlödning.De viktigaste legeringselementen i nickelbaslod är Cr, Si, B, och en liten mängd lod innehåller också Fe, W, etc. Jämfört med ni-cr-si-b kan b-ni68crwb hårdlödningsfyllnadsmetall minska den intergranulära infiltrationen av B till basmetallen och öka smälttemperaturintervallet.Det är en lödning av tillsatsmetall för lödning av högtemperaturarbetande delar och turbinblad.Fluiditeten hos W-innehållande lod blir dock sämre och foggapet är svårt att kontrollera.

Den aktiva diffusionslödningsmetallen innehåller inte Si-element och har utmärkt oxidationsbeständighet och vulkaniseringsbeständighet.Lödningstemperaturen kan väljas från 1150 ℃ till 1218 ℃ beroende på typen av lödning.Efter lödning kan den lödda fogen med samma egenskaper som basmetallen erhållas efter 1066 ℃ diffusionsbehandling.

(3) Lödningsprocessen nickelbaserad legering kan använda lödning i ugn med skyddande atmosfär, vakuumlödning och transient vätskefasanslutning.Innan lödning ska ytan avfettas och oxid avlägsnas genom sandpapperspolering, filthjulspolering, acetonskurning och kemisk rengöring.Vid val av hårdlödningsprocessparametrar bör det noteras att uppvärmningstemperaturen inte bör vara för hög och hårdlödningstiden bör vara kort för att undvika stark kemisk reaktion mellan flussmedlet och basmetallen.För att förhindra att basmetallen spricker ska de kallbearbetade delarna spänningsavlastas före svetsning och svetsuppvärmningen ska vara så jämn som möjligt.För utfällningsförstärkta superlegeringar ska delarna först behandlas med fast lösning, sedan lödas vid en temperatur som är något högre än den åldringsförstärkande behandlingen, och slutligen åldringsbehandling.

1) Hårdlödning i ugn med skyddande atmosfär lödning i ugn med skyddande atmosfär kräver hög renhet av skyddsgas.För superlegeringar med w (AL) och w (TI) mindre än 0,5 % ska daggpunkten vara lägre än -54 ℃ när väte eller argon används.När innehållet av Al och Ti ökar oxiderar legeringsytan fortfarande vid upphettning.Följande åtgärder måste vidtas;Tillsätt en liten mängd flussmedel (som fb105) och ta bort oxidfilmen med flussmedel;0,025 ~ 0,038 mm tjock beläggning är pläterad på ytan av delar;Spraya lodet på ytan av materialet som ska hårdlödas i förväg;Tillsätt en liten mängd gasflöde, såsom bortrifluorid.

2) Vakuumlödning Vakuumlödning används ofta för att få bättre skyddseffekt och hårdlödningskvalitet.Se tabell 15 för de mekaniska egenskaperna hos typiska nickelbaserade superlegeringar.För superlegeringar med w (AL) och w (TI) mindre än 4% är det bättre att elektroplätera ett lager av 0,01 ~ 0,015 mm nickel på ytan, även om vätning av lod kan säkerställas utan speciell förbehandling.När w (AL) och w (TI) överstiger 4 % ska tjockleken på nickelbeläggningen vara 0,020,03 mm.För tunn beläggning har ingen skyddande effekt, och för tjock beläggning minskar fogens styrka.Delarna som ska svetsas kan även placeras i lådan för vakuumlödning.Lådan ska fyllas med getter.Till exempel absorberar Zr gas vid hög temperatur, vilket kan bilda ett lokalt vakuum i lådan, vilket förhindrar oxidation av legeringsytan.

Tabell 15 mekaniska egenskaper hos vakuumlödda fogar av typiska nickelbaserade superlegeringar

Mikrostrukturen och styrkan hos den lödda fogen av Superalloy förändras med lödgapet, och diffusionsbehandlingen efter lödning kommer att ytterligare öka det maximalt tillåtna värdet för foggapet.Om man tar Inconel-legering som ett exempel, kan det maximala gapet för Inconel-fog lödd med b-ni82crsib nå 90um efter diffusionsbehandling vid 1000 ℃ i 1H;Men för fogar lödda med b-ni71crsib är det maximala gapet cirka 50um efter diffusionsbehandling vid 1000 ℃ under 1H.

3) Transient vätskefasanslutning Transient vätskefasanslutning använder mellanskiktslegeringen (ca 2,5 ~ 100um tjock) vars smältpunkt är lägre än basmetallen som tillsatsmetall.Under ett litet tryck (0 ~ 0,007 mpa) och en lämplig temperatur (1100 ~ 1250 ℃), smälter mellanskiktsmaterialet först och fuktar basmetallen.På grund av den snabba spridningen av element sker isotermisk stelning vid fogen för att bilda fogen.Denna metod minskar avsevärt matchningskraven för basmetallytan och minskar svetstrycket.Huvudparametrarna för övergående vätskefasanslutning är tryck, temperatur, hålltid och mellanskiktets sammansättning.Applicera mindre tryck för att hålla den passande ytan på svetsen i god kontakt.Uppvärmningstemperatur och tid har stor inverkan på fogens prestanda.Om fogen måste vara lika stark som basmetallen och inte påverkar basmetallens prestanda, ska anslutningsprocessparametrarna för hög temperatur (som ≥ 1150 ℃) och lång tid (som 8 ~ 24h) vara antagen;Om skarvens anslutningskvalitet försämras eller basmetallen inte tål höga temperaturer, ska en lägre temperatur (1100 ~ 1150 ℃) och en kortare tid (1 ~ 8h) användas.Det mellanliggande lagret ska ta den anslutna basmetallsammansättningen som grundsammansättning och lägga till olika kylelement, såsom B, Si, Mn, Nb, etc. Till exempel är sammansättningen av Udimet-legeringen ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, och sammansättningen av mellanskiktet för transient vätskefasanslutning är b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Alla dessa element kan reducera smälttemperaturen för Ni Cr eller Ni Cr Co-legeringar till det lägsta, men effekten av B är den mest uppenbara.Dessutom kan den höga diffusionshastigheten för B snabbt homogenisera mellanskiktslegeringen och basmetallen.