Пайка суперсплавов

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

Table 15 mechanical properties of Vacuum Brazed Joints of typical nickel base superalloys

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.