Спояване на суперсплави
(1) Характеристики на спояване Свръхсплавите могат да бъдат разделени на три категории: основа на никел, основа на желязо и основа на кобалт.Имат добри механични свойства, устойчивост на окисляване и устойчивост на корозия при високи температури.Сплавта на основата на никел е най-широко използваната в практическото производство.
Свръхсплавта съдържа повече Cr, а по време на нагряване на повърхността се образува Cr2O3 оксиден филм, който трудно се отстранява.Суперсплавите на основата на никел съдържат Al и Ti, които лесно се окисляват при нагряване.Следователно, предотвратяването или намаляването на окисляването на суперсплави по време на нагряване и отстраняването на оксидния филм е основният проблем по време на спояването.Тъй като бораксът или борната киселина във флюса могат да причинят корозия на основния метал при температурата на спояване, борът, утаен след реакцията, може да проникне в основния метал, което води до междукристална инфилтрация.За сплави на базата на лят никел 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 спояване, за да се избегне окисляване на повърхността на сплавта по време на нагряване.
За сплави на основата на никел, укрепени с разтвор и утаяване, температурата на спояване трябва да съответства на температурата на нагряване при третиране с разтвор, за да се гарантира пълното разтваряне на елементите на сплавта.Температурата на спояване е твърде ниска и елементите на сплавта не могат да бъдат напълно разтворени;Ако температурата на спояване е твърде висока, зърното на основния метал ще нарасне и свойствата на материала няма да се възстановят дори след термична обработка.Температурата на твърдия разтвор на лети базови сплави е висока, което обикновено няма да повлияе на свойствата на материала поради твърде високата температура на спояване.
Някои суперсплави на базата на никел, особено сплави, укрепени с утаяване, имат тенденция към напукване под напрежение.Преди запояване напрежението, образувано в процеса, трябва да бъде напълно отстранено, а топлинното напрежение трябва да бъде сведено до минимум по време на запояване.
(2) Материалът за спояване на никелова сплав може да се споява със сребърна основа, чиста мед, никелова основа и активна спойка.Когато работната температура на фугата не е висока, могат да се използват материали на основата на сребро.Има много видове припои на основата на сребро.За да се намали вътрешното напрежение по време на нагряване на спояването, най-добре е да изберете спойка с ниска температура на топене.Флюс Fb101 може да се използва за спояване със сребърен основен добавъчен метал.Флюсът Fb102 се използва за запояване на подсилена чрез утаяване суперсплав с най-високо съдържание на алуминий и се добавят 10% ~ 20% натриев силикат или алуминиев флюс (като fb201).Когато температурата на спояване надвиши 900 ℃, трябва да бъде избран поток fb105.
При спояване във вакуум или защитна атмосфера, чистата мед може да се използва като припоен метал за добавка.Температурата на спояване е 1100 ~ 1150 ℃ и съединението няма да предизвика напукване под напрежение, но работната температура не трябва да надвишава 400 ℃.
Допълнителният метал за спояване на основата на никел е най-често използваният добавъчен метал за спояване в суперсплавите поради добрите му характеристики при висока температура и липсата на напукване при напрежение по време на спояване.Основните сплавни елементи в припоя на основата на никел са Cr, Si, B и малко количество припой съдържа също Fe, W и др. на В в основния метал и увеличаване на температурния интервал на топене.Това е спояващ добавъчен метал за спояване на високотемпературни работни части и турбинни лопатки.Въпреки това, течливостта на припоя, съдържащ W, се влошава и пролуката на ставите е трудна за контролиране.
Добавъчният метал за активно дифузионно спояване не съдържа елемент Si и има отлична устойчивост на окисляване и устойчивост на вулканизация.Температурата на спояване може да бъде избрана от 1150 ℃ до 1218 ℃ според вида на спойката.След запояване, запоеното съединение със същите свойства като основния метал може да се получи след 1066 ℃ дифузионна обработка.
(3) Процесът на спояване на никелова сплав може да приеме спояване в пещ със защитна атмосфера, вакуумно спояване и преходно свързване на течна фаза.Преди запояване, повърхността трябва да бъде обезмаслена и оксидът да бъде отстранен чрез полиране с шкурка, полиране на колело от филц, почистване с ацетон и химическо почистване.Когато избирате параметрите на процеса на спояване, трябва да се отбележи, че температурата на нагряване не трябва да е твърде висока и времето за спояване трябва да е кратко, за да се избегне силна химическа реакция между потока и основния метал.За да се предотврати напукване на основния метал, студено обработените части трябва да бъдат освободени от напрежението преди заваряване и нагряването при заваряване трябва да бъде възможно най-равномерно.За суперсплави, укрепени чрез утаяване, частите първо трябва да бъдат подложени на обработка с твърд разтвор, след това запоени при температура, малко по-висока от обработката за укрепване на стареене, и накрая на обработка на стареене.
1) Спояване в пещ със защитна атмосфера Запояването в пещ със защитна атмосфера изисква висока чистота на защитен 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.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 (като fb105) и отстранете оксидния филм с флюс;Покритие с дебелина 0,025 ~ 0,038 mm се нанася върху повърхността на частите;Предварително напръскайте спойката върху повърхността на материала, който ще запоявате;Добавете малко количество газов поток, като борен трифлуорид.
2) Вакуумно спояване Вакуумното спояване се използва широко за постигане на по-добър защитен ефект и качество на спояване.Вижте таблица 15 за механичните свойства на типичните съединения от суперсплав на базата на никел.За суперсплави с w (AL) и w (TI) по-малко от 4%, е по-добре да се галванизира слой от 0,01 ~ 0,015 mm никел върху повърхността, въпреки че овлажняването 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 mm.Твърде тънкото покритие няма защитен ефект, а твърде дебелото ще намали здравината на фугата.Частите за заваряване могат да се поставят и в кутията за вакуумно спояване.Кутията трябва да се напълни с геттер.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 базата на никел
Микроструктурата и здравината на запоеното съединение от суперсплав се променят с междината на спояването, а дифузионното третиране след спояване допълнително ще увеличи максимално допустимата стойност на междината на съединението.Като вземем за пример сплавта Inconel, максималната междина на съединението Inconel, запоена с b-ni82crsib, може да достигне 90 um след дифузионна обработка при 1000 ℃ за 1H;Въпреки това, за съединенията, споени с b-ni71crsib, максималната междина е около 50 um след дифузионна обработка при 1000 ℃ за 1H.
3) Преходна връзка с течна фаза Преходната връзка с течна фаза използва междинната сплав (с дебелина около 2,5 ~ 100 um), чиято точка на топене е по-ниска от основния метал като добавъчен метал.Под ниско налягане (0 ~ 0,007mpa) и подходяща температура (1100 ~ 1250 ℃), междинният материал първо се топи и овлажнява основния метал.Поради бързата дифузия на елементите, изотермичното втвърдяване настъпва на фугата, за да се образува фугата.Този метод значително намалява изискванията за съответствие на повърхността на основния метал и намалява налягането при заваряване.Основните параметри на преходната течна фазова връзка са налягане, температура, време на задържане и състав на междинния слой.Прилагайте по-малко натиск, за да поддържате свързващата повърхност на заварката в добър контакт.Температурата и времето на нагряване оказват голямо влияние върху работата на фугата.Ако се изисква съединението да бъде толкова здраво, колкото основния метал и не влияе на работата на основния метал, параметрите на процеса на свързване на висока температура (като ≥ 1150 ℃) и дълго време (като 8 ~ 24 часа) трябва да бъдат осиновени;Ако качеството на връзката 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 вземе състава на свързания неблагороден метал като основен състав и да добави различни охлаждащи елементи, като B, Si, Mn, Nb и др. Например съставът на сплавта Udimet е ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, а съставът на междинния слой за преходна течна фазова връзка е b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Всички тези елементи могат да намалят температурата на топене на Ni Cr или Ni Cr Co сплавите до най-ниската, но ефектът на B е най-очевиден.В допълнение, високата скорост на дифузия на B може бързо да хомогенизира междинната сплав и основния метал.
Време на публикуване: 13 юни 2022 г