Спояване на суперсплави
(1) Характеристики на запояване Суперсплавите могат да бъдат разделени на три категории: на никелова основа, на желязна основа и на кобалтова основа. Те имат добри механични свойства, устойчивост на окисляване и устойчивост на корозия при високи температури. Никеловата сплав е най-широко използваната в практическото производство.
Суперсплавите съдържат повече Cr и по време на нагряване на повърхността им се образува оксиден филм Cr2O3, който е труден за отстраняване. Никеловите суперсплави съдържат Al и Ti, които лесно се окисляват при нагряване. Следователно, предотвратяването или намаляването на окисляването на суперсплавите по време на нагряване и отстраняването на оксидния филм е основният проблем по време на запояване. Тъй като бораксът или борната киселина във флюса могат да причинят корозия на основния метал при температурата на запояване, борът, утаен след реакцията, може да проникне в основния метал, което води до междукристална инфилтрация. За ляти никелови сплави с високо съдържание на Al и Ti, степента на вакуум в горещо състояние не трябва да бъде по-малка от 10-2 ~ 10-3Pa по време на запояване, за да се избегне окисляване на повърхността на сплавта по време на нагряване.
За никелови сплави, укрепени чрез разтвор и утаяване, температурата на запояване трябва да е съвместима с температурата на нагряване при обработка с разтвор, за да се осигури пълно разтваряне на елементите на сплавта. Температурата на запояване е твърде ниска и елементите на сплавта не могат да се разтворят напълно; ако температурата на запояване е твърде висока, зърната на основния метал ще нараснат и свойствата на материала няма да се възстановят дори след термична обработка. Температурата на твърдия разтвор на лятите базови сплави е висока, което обикновено не влияе на свойствата на материала поради твърде високата температура на запояване.
Някои суперсплави на никелова основа, особено сплавите, укрепени чрез утаяване, имат склонност към напукване от напрежение. Преди запояване, образуваното в процеса напрежение трябва да бъде напълно отстранено, а термичното напрежение по време на запояване трябва да бъде сведено до минимум.
(2) Материал за спояване - никелова сплав, може да се спои със сребърна основа, чиста мед, никелова основа и активен припой. Когато работната температура на съединението не е висока, могат да се използват материали на сребърна основа. Има много видове припои на сребърна основа. За да се намали вътрешното напрежение по време на спояване, е най-добре да се избере припой с ниска температура на топене. Флюс Fb101 може да се използва за спояване със сребърен пълнител. Флюс Fb102 се използва за спояване на утаено усилени суперсплави с най-високо съдържание на алуминий, като се добавя 10% ~ 20% натриев силикат или алуминиев флюс (като fb201). Когато температурата на спояване надвиши 900 ℃, трябва да се избере флюс fb105.
При запояване във вакуум или защитна атмосфера, чиста мед може да се използва като добавъчен метал за запояване. Температурата на запояване е 1100 ~ 1150 ℃ и съединението няма да предизвика напукване от напрежение, но работната температура не трябва да надвишава 400 ℃.
Никеловият спояващ метал е най-често използваният спояващ метал в суперсплавите, поради добрите си характеристики при високи температури и липсата на пукнатини от напрежение по време на запояване. Основните легиращи елементи в никеловите спояващи елементи са Cr, Si, B, а малко количество спояващ материал съдържа също Fe, W и др. В сравнение с ni-cr-si-b, спояващият метал b-ni68crwb може да намали междукристалната инфилтрация на B в основния метал и да увеличи температурния интервал на топене. Той е спояващ метал за запояване на високотемпературни работни части и лопатки на турбини. Течливостта на спояващия материал, съдържащ W, обаче се влошава и фугата в съединението е трудна за контролиране.
Активният дифузионен спояващ метал не съдържа Si елемент и има отлична устойчивост на окисляване и вулканизация. Температурата на запояване може да бъде избрана от 1150 ℃ до 1218 ℃ в зависимост от вида на спойката. След запояване, след дифузионна обработка при 1066 ℃ може да се получи споено съединение със същите свойства като основния метал.
(3) Процесът на запояване на никелови сплави може да включва запояване в защитна атмосфера на пещ, вакуумно запояване и преходно течнофазно свързване. Преди запояване повърхността трябва да се обезмасли и оксидът да се отстрани чрез полиране с шкурка, полиране с филцов диск, търкане с ацетон и химическо почистване. При избора на параметри на процеса на запояване трябва да се отбележи, че температурата на нагряване не трябва да бъде твърде висока, а времето за запояване трябва да е кратко, за да се избегне силна химическа реакция между флюса и основния метал. За да се предотврати напукване на основния метал, студено обработените части трябва да се освободят от напрежение преди заваряване, а нагряването на заваръчния процес трябва да бъде възможно най-равномерно. За утаено укрепени суперсплави, частите първо трябва да се подложат на обработка в твърд разтвор, след това да се запоят при температура, малко по-висока от обработката за укрепване чрез стареене, и накрая обработка за стареене.
1) Запояване в защитна атмосфера на пещ Запояването в защитна атмосфера на пещ изисква висока чистота на защитния газ. За суперсплави с w (AL) и w (TI) по-малко от 0,5%, точката на оросяване трябва да бъде по-ниска от -54 ℃, когато се използва водород или аргон. Дори когато съдържанието на Al и Ti се увеличи, повърхността на сплавта все още се окислява при нагряване. Трябва да се вземат следните мерки: Добавете малко количество флюс (например fb105) и отстранете оксидния филм с флюс; Нанесете покритие с дебелина 0,025 ~ 0,038 мм върху повърхността на частите; Напръскайте предварително спойката върху повърхността на материала, който ще се запоява; Добавете малко количество флюс, например боров трифлуорид.
2) Вакуумно запояване Вакуумното запояване се използва широко за постигане на по-добър защитен ефект и качество на запояване. Вижте таблица 15 за механичните свойства на типичните съединения на суперсплави на базата на никел. За суперсплави с w (AL) и w (TI) по-малко от 4% е по-добре да се нанесе галванично слой от 0,01 ~ 0,015 мм никел върху повърхността, въпреки че омокрянето на спойката може да се осигури без специална предварителна обработка. Когато w (AL) и w (TI) надвишават 4%, дебелината на никеловото покритие трябва да бъде 0,020,03 мм. Твърде тънкото покритие няма защитен ефект, а твърде дебелото покритие ще намали здравината на съединението. Частите, които ще се заваряват, също могат да се поставят в кутията за вакуумно запояване. Кутията трябва да се напълни с гетер. Например, Zr абсорбира газ при висока температура, което може да образува локален вакуум в кутията, като по този начин предотвратява окисляването на повърхността на сплавта.
Таблица 15 механични свойства на вакуумно споени съединения на типични суперсплави на никелова основа
Микроструктурата и якостта на споеното съединение на суперсплав се променят с разстоянието между спойките, а дифузионната обработка след запояване допълнително ще увеличи максимално допустимата стойност на разстоянието между спойките. Вземайки за пример сплавта Inconel, максималната разстояние между спойките на Inconel, споени с b-ni82crsib, може да достигне 90 μm след дифузионна обработка при 1000 ℃ за 1 час; Въпреки това, за съединенията, споени с b-ni71crsib, максималната разстояние е около 50 μm след дифузионна обработка при 1000 ℃ за 1 час.
3) Преходно течнофазно свързване Преходното течнофазно свързване използва междинна сплав (с дебелина около 2,5 ~ 100 μm), чиято точка на топене е по-ниска от тази на основния метал, като пълнителен метал. При малко налягане (0 ~ 0,007 mpa) и подходяща температура (1100 ~ 1250 ℃), междинният материал първо се разтопява и овлажнява основния метал. Поради бързата дифузия на елементите, на мястото на съединението протича изотермично втвърдяване, за да се образува съединението. Този метод значително намалява изискванията за съвпадение на повърхността на основния метал и намалява налягането на заваряване. Основните параметри на преходното течнофазно свързване са налягане, температура, време на задържане и състав на междинния слой. Прилагайте по-малко налягане, за да поддържате добър контакт на свързващата повърхност на заваръчния шев. Температурата и времето на нагряване имат голямо влияние върху характеристиките на съединението. Ако се изисква съединението да е толкова здраво, колкото основния метал и това не влияе на неговите характеристики, трябва да се изберат параметри на процеса на свързване с висока температура (например ≥ 1150 ℃) и продължително време (например 8 ~ 24 часа). Ако качеството на съединението е намалено или основният метал не може да издържи на висока температура, трябва да се използва по-ниска температура (1100 ~ 1150 ℃) и по-кратко време (1 ~ 8 часа). Междинният слой трябва да използва състава на свързания основен метал като основен състав и да се добавят различни охлаждащи елементи, като B, Si, Mn, Nb и др. Например, съставът на сплавта Udimet е ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, а съставът на междинния слой за преходно течнофазно свързване е b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Всички тези елементи могат да намалят температурата на топене на NiCr или NiCrCo сплави до най-ниска точка, но ефектът на B е най-очевиден. Освен това, високата скорост на дифузия на B може бързо да хомогенизира междинната сплав и основния метал.
Време на публикуване: 13 юни 2022 г.