Пайка суперсплавов
(1) Характеристики пайки Суперсплавы можно разделить на три категории: на основе никеля, на основе железа и на основе кобальта.Они обладают хорошими механическими свойствами, стойкостью к окислению и коррозионной стойкостью при высоких температурах.Сплав на основе никеля получил наибольшее распространение в практическом производстве.
Суперсплав содержит больше Cr, а при нагреве на поверхности образуется оксидная пленка Cr2O3, которую трудно удалить.Суперсплавы на основе никеля содержат Al и Ti, которые легко окисляются при нагревании.Поэтому предотвращение или уменьшение окисления жаропрочных сплавов при нагреве и удаление оксидной пленки является первоочередной задачей при пайке.Поскольку бура или борная кислота во флюсе могут вызвать коррозию основного металла при температуре пайки, бор, осажденный после реакции, может проникать в основной металл, что приводит к межкристаллитной инфильтрации.Для литых сплавов на основе никеля с высоким содержанием Al и Ti степень вакуума в горячем состоянии во время пайки должна быть не менее 10-2 ~ 10-3 Па во избежание окисления поверхности сплава при нагреве.
Для упрочненных раствором и дисперсионно-упрочненных сплавов на основе никеля температура пайки должна соответствовать температуре нагрева при обработке на твердый раствор, чтобы обеспечить полное растворение элементов сплава.Температура пайки слишком низкая, и элементы сплава не могут быть полностью растворены;При слишком высокой температуре пайки зерно основного металла будет расти, и свойства материала не восстановятся даже после термической обработки.Температура твердого раствора литых базовых сплавов высока, что обычно не влияет на свойства материала из-за слишком высокой температуры пайки.
Некоторые суперсплавы на основе никеля, особенно сплавы с дисперсионным упрочнением, склонны к растрескиванию под напряжением.Перед пайкой необходимо полностью снять возникающее в процессе напряжение, а термическое напряжение при пайке свести к минимуму.
(2) Сплав на основе никеля припоя можно паять с серебряной основой, чистой медью, никелевой основой и активным припоем.Когда рабочая температура соединения не высока, можно использовать материалы на основе серебра.Существует много видов припоев на основе серебра.Для снижения внутренних напряжений при нагреве пайки лучше всего выбирать припой с низкой температурой плавления.Флюс Fb101 можно использовать для пайки с присадочным металлом на основе серебра.Флюс Fb102 используется для пайки дисперсионно-упрочненного суперсплава с самым высоким содержанием алюминия, и добавляется 10% ~ 20% силиката натрия или алюминиевого флюса (например, fb201).Когда температура пайки превышает 900 ℃, следует выбирать флюс fb105.
При пайке в вакууме или защитной атмосфере в качестве припоя может использоваться чистая медь.Температура пайки составляет 1100 ~ 1150 ℃, и соединение не будет давать трещин под напряжением, но рабочая температура не должна превышать 400 ℃.
Припой на основе никеля является наиболее часто используемым припоем в суперсплавах из-за его хороших характеристик при высоких температурах и отсутствия растрескивания под напряжением во время пайки.Основными элементами сплава в припое на основе никеля являются Cr, Si, B, а небольшое количество припоя также содержит Fe, W и т. д. По сравнению с ni-cr-si-b, припой b-ni68crwb может уменьшить межкристаллитную инфильтрацию. B в основной металл и увеличить интервал температур плавления.Это припой для пайки высокотемпературных рабочих деталей и лопаток турбин.Однако текучесть припоя, содержащего W, ухудшается, и зазор в соединении трудно контролировать.
Активно-диффузионный припой не содержит элемента Si и обладает отличной стойкостью к окислению и вулканизации.Температура пайки может быть выбрана от 1150 ℃ до 1218 ℃ в зависимости от типа припоя.После пайки паяное соединение с такими же свойствами, как у основного металла, может быть получено после диффузионной обработки при 1066 ℃.
(3) В процессе пайки сплава на основе никеля можно использовать пайку в печи с защитной атмосферой, вакуумную пайку и переходное жидкофазное соединение.Перед пайкой поверхность необходимо обезжирить и удалить оксиды путем полировки наждачной бумагой, полировки войлочным кругом, очистки ацетоном и химической очистки.При выборе параметров процесса пайки следует учитывать, что температура нагрева не должна быть слишком высокой, а время пайки должно быть коротким, чтобы избежать сильной химической реакции между флюсом и основным металлом.Чтобы предотвратить растрескивание основного металла, перед сваркой холоднообработанные детали должны быть сняты с напряжения, а сварочный нагрев должен быть как можно более равномерным.Для дисперсионно-упрочненных суперсплавов детали должны сначала подвергаться обработке твердым раствором, затем пайке при температуре немного выше, чем обработка старением, и, наконец, обработка старением.
1) Пайка в печи с защитной атмосферой Пайка в печи с защитной атмосферой требует высокой чистоты защитного газа.Для суперсплавов с w (AL) и w (TI) менее 0,5% точка росы должна быть ниже -54 ℃ при использовании водорода или аргона.При увеличении содержания Al и Ti поверхность сплава при нагревании все равно окисляется.Необходимо принять следующие меры;Добавьте небольшое количество флюса (например, fb105) и удалите оксидную пленку с помощью флюса;На поверхность деталей нанесено покрытие толщиной 0,025 ~ 0,038 мм;Заранее распылите припой на поверхность припаиваемого материала;Добавьте небольшое количество газового флюса, такого как трифторид бора.
2) Вакуумная пайка Вакуумная пайка широко используется для получения лучшего защитного эффекта и качества пайки.См. в таблице 15 механические свойства типичных соединений из жаропрочных сплавов на основе никеля.Для суперсплавов с w(AL) и w(TI) менее 4 % лучше наносить на поверхность гальванопокрытие слоем 0,01~0,015 мм никеля, хотя смачивание припоем можно обеспечить и без специальной предварительной обработки.Когда w (AL) и w (TI) превышают 4%, толщина никелевого покрытия должна быть 0,020,03 мм.Слишком тонкое покрытие не оказывает защитного действия, а слишком толстое снизит прочность соединения.Свариваемые детали также можно поместить в короб для вакуумной пайки.Коробка должна быть заполнена геттером.Например, Zr при высокой температуре поглощает газ, который может образовывать локальный вакуум в боксе, препятствуя тем самым окислению поверхности сплава.
Таблица 15. Механические свойства вакуумных паяных соединений типичных жаропрочных сплавов на основе никеля
Микроструктура и прочность паяного соединения суперсплава изменяются в зависимости от зазора при пайке, а диффузионная обработка после пайки дополнительно увеличивает максимально допустимое значение зазора в пайке.Взяв в качестве примера сплав Inconel, максимальный зазор соединения Inconel, спаянного с b-ni82crsib, может достигать 90 мкм после диффузионной обработки при 1000 ℃ в течение 1 часа;Однако для соединений, припаянных b-ni71crsib, максимальный зазор составляет около 50 мкм после диффузионной обработки при 1000 ℃ в течение 1 часа.
3) Переходное соединение в жидкой фазе В переходном соединении в жидкой фазе в качестве присадочного металла используется межслойный сплав (толщиной около 2,5 ~ 100 мкм), температура плавления которого ниже, чем у основного металла.При небольшом давлении (0 ~ 0,007 МПа) и соответствующей температуре (1100 ~ 1250 ℃) материал прослойки сначала плавится и увлажняет основной металл.Из-за быстрой диффузии элементов в стыке происходит изотермическое затвердевание с образованием стыка.Этот метод значительно снижает требования к соответствию поверхности основного металла и снижает давление при сварке.Основными параметрами нестационарной жидкофазной связи являются давление, температура, время выдержки и состав прослойки.Прикладывайте меньшее давление, чтобы обеспечить хороший контакт сопрягаемой поверхности сварного соединения.Температура и время нагревания оказывают большое влияние на работоспособность соединения.Если требуется, чтобы соединение было таким же прочным, как основной металл, и не влияло на характеристики основного металла, параметры процесса соединения высокой температуры (например, ≥ 1150 ℃) и длительного времени (например, 8 ~ 24 ч) должны быть усыновленный;Если качество соединения соединения снижено или основной металл не выдерживает высокой температуры, следует использовать более низкую температуру (1100 ~ 1150 ℃) и более короткое время (1 ~ 8 часов).Промежуточный слой должен принимать связанный состав основного металла в качестве основного состава и добавлять различные охлаждающие элементы, такие как B, Si, Mn, Nb и т. д. Например, состав сплава Udimet: ni-15cr-18,5co-4,3. al-3.3ti-5mo, а состав промежуточного слоя для переходной жидкофазной связи b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Все эти элементы могут понизить температуру плавления сплавов Ni Cr или Ni Cr Co до самой низкой, но эффект B наиболее очевиден.Кроме того, высокая скорость диффузии B может быстро гомогенизировать межслойный сплав и основной металл.
Время публикации: 13 июня 2022 г.