Пайка суперсплавів

Пайка суперсплавів

(1) Характеристики пайки Суперсплави можна розділити на три категорії: на основі нікелю, на основі заліза та на основі кобальту.Вони мають хороші механічні властивості, стійкість до окислення та корозії при високих температурах.У практичному виробництві найбільш широко використовується сплав на основі нікелю.

Суперсплав містить більше Cr, і при нагріванні на поверхні утворюється плівка оксиду Cr2O3, яку важко видалити.Суперсплави на основі нікелю містять Al і Ti, які легко окислюються при нагріванні.Тому запобігання або зменшення окислення суперсплавів під час нагрівання та видалення оксидної плівки є основною проблемою під час пайки.Оскільки бура або борна кислота у флюсі можуть спричинити корозію основного металу при температурі пайки, бор, що виділяється після реакції, може проникати в основний метал, що призводить до міжзеренної інфільтрації.Для литих сплавів на основі нікелю з високим вмістом Al і Ti ступінь вакууму в гарячому стані не повинен бути менше 10-2 ~ 10-3pa під час пайки, щоб уникнути окислення на поверхні сплаву під час нагрівання.

Для сплавів на основі нікелю, зміцнених розчином і дисперсійним зміцненням, температура пайки повинна відповідати температурі нагрівання обробки розчином, щоб забезпечити повне розчинення елементів сплаву.Температура пайки занадто низька, і елементи сплаву не можуть бути повністю розчинені;Якщо температура пайки занадто висока, зерно основного металу буде рости, і властивості матеріалу не відновляться навіть після термічної обробки.Температура твердого розчину литих основних сплавів є високою, що, як правило, не впливає на властивості матеріалу через занадто високу температуру пайки.

Деякі суперсплави на основі нікелю, особливо дисперсійно зміцнені сплави, мають тенденцію до розтріскування під напругою.Перед паянням необхідно повністю зняти напругу, що утворюється в процесі, а термічну напругу під час пайки слід мінімізувати.

(2) Паяльний матеріал Сплав на основі нікелю можна паяти срібною основою, чистою міддю, нікелевою основою та активним припоєм.Якщо робоча температура з’єднання невисока, можна використовувати матеріали на основі срібла.Існує багато видів припоїв на основі срібла.Щоб зменшити внутрішню напругу при нагріванні пайки, краще вибирати припій з низькою температурою плавлення.Флюс Fb101 можна використовувати для пайки з припоєм на основі срібла.Флюс Fb102 використовується для пайки суперсплаву, зміцненого дисперсійним припоєм, із найвищим вмістом алюмінію, до якого додається 10% ~ 20% силікату натрію або алюмінієвого флюсу (наприклад, fb201).Коли температура пайки перевищує 900 ℃, слід вибрати флюс fb105.

Під час пайки у вакуумі або в захисній атмосфері чиста мідь може використовуватися як припой.Температура пайки становить 1100 ~ 1150 ℃, і з'єднання не викличе розтріскування під напругою, але робоча температура не повинна перевищувати 400 ℃.

Наповнювач на основі нікелю є найбільш часто використовуваним припоєм у суперсплавах через його хороші високотемпературні характеристики та відсутність розтріскування під час пайки.Основними легуючими елементами в припої на основі нікелю є Cr, Si, B, а невелика кількість припою також містить Fe, W тощо. У порівнянні з ni-cr-si-b, припой b-ni68crwb може зменшити міжкристальну інфільтрацію B в основний метал і збільшити інтервал температур плавлення.Це припой для пайки високотемпературних робочих частин і лопаток турбін.Однак текучість W-вмісного припою погіршується, і щілину з’єднання важко контролювати.

Присадний метал для активного дифузійного паяння не містить Si та має чудову стійкість до окислення та вулканізації.Температуру пайки можна вибрати від 1150 ℃ до 1218 ℃ відповідно до типу припою.Після пайки паяне з’єднання з такими ж властивостями, як і основний метал, можна отримати після обробки дифузією при 1066 ℃.

(3) Процес пайки сплаву на основі нікелю може застосовувати пайку в печі із захисною атмосферою, вакуумну пайку та перехідне з’єднання рідкої фази.Перед паянням поверхню необхідно знежирити та видалити оксид за допомогою полірування наждачним папером, полірування повстяного круга, очищення ацетоном та хімічного очищення.Вибираючи параметри процесу пайки, слід враховувати, що температура нагріву не повинна бути надто високою, а час пайки має бути коротким, щоб уникнути сильної хімічної реакції між флюсом і основним металом.Щоб запобігти розтріскування основного металу, перед зварюванням необхідно зняти напругу з холоднооброблених частин, а зварювальний нагрів повинен бути максимально рівномірним.Для дисперсійно зміцнених суперсплавів деталі спочатку повинні бути оброблені твердим розчином, потім паяні при температурі трохи вищій, ніж обробка зміцнення старінням, і, нарешті, обробці старінням.

1) Пайка в печі із захисною атмосферою Пайка в печі із захисною атмосферою вимагає високої чистоти захисного газу.Для суперсплавів з w (AL) і w (TI) менше 0,5%, точка роси повинна бути нижчою за -54 ℃, якщо використовується водень або аргон.Коли вміст Al і Ti збільшується, поверхня сплаву все ще окислюється при нагріванні.Слід вжити наступних заходів;Додайте невелику кількість флюсу (наприклад, fb105) і видаліть оксидну плівку за допомогою флюсу;Покриття товщиною 0,025 ~ 0,038 мм наноситься на поверхню деталей;Заздалегідь розпиліть припій на поверхню паяного матеріалу;Додайте невелику кількість газового флюсу, такого як трифторид бору.

2) Вакуумна пайка. Вакуумна пайка широко використовується для отримання кращого ефекту захисту та якості пайки.Див. таблицю 15 для механічних властивостей типових з’єднань із суперсплаву на основі нікелю.Для суперсплавів з w (AL) і w (TI) менше 4%, краще гальванізувати шар 0,01 ~ 0,015 мм нікелю на поверхні, хоча зволоження припою можна забезпечити без спеціальної попередньої обробки.Якщо w (AL) і w (TI) перевищують 4%, товщина нікелевого покриття повинна становити 0,020,03 мм.Занадто тонке покриття не має захисного ефекту, а занадто товсте покриття знизить міцність з’єднання.Деталі, що зварюються, також можна помістити в коробку для вакуумної пайки.Ящик повинен бути заповнений геттером.Наприклад, Zr поглинає газ при високій температурі, який може утворювати локальний вакуум у коробці, таким чином запобігаючи окисленню поверхні сплаву.

Таблиця 15 механічних властивостей вакуумно-паяних з’єднань типових суперсплавів на основі нікелю

Мікроструктура та міцність паяного з’єднання суперсплаву змінюються разом із зазором при паянні, а дифузійна обробка після паяння додатково збільшить максимально допустиме значення зазору з’єднання.Взявши як приклад сплав Інконель, максимальний зазор між з’єднанням Інконель, паяним b-ni82crsib, може досягати 90 мкм після дифузійної обробки при 1000 ℃ протягом 1 години;Однак для з’єднань, паяних b-ni71crsib, максимальний зазор становить приблизно 50 мкм після обробки дифузією при 1000 ℃ протягом 1 години.

3) Перехідне з’єднання рідкої фази Перехідне з’єднання рідкої фази використовує проміжний сплав (товщиною близько 2,5 ~ 100 мкм), температура плавлення якого нижча, ніж основний метал, як наповнювач.Під невеликим тиском (0 ~ 0,007 мПа) і відповідною температурою (1100 ~ 1250 ℃) проміжний матеріал спочатку плавиться і зволожує основний метал.Завдяки швидкій дифузії елементів у місці з’єднання відбувається ізотермічне затвердіння з утворенням з’єднання.Цей метод значно знижує вимоги до відповідності поверхні основного металу та знижує тиск зварювання.Основними параметрами перехідного зв'язку рідкої фази є тиск, температура, час витримки та склад прошарку.Застосовуйте менше тиску, щоб утримувати сполучену поверхню зварного виробу в хорошому контакті.Температура і час нагрівання мають великий вплив на продуктивність з'єднання.Якщо потрібно, щоб з’єднання було таким же міцним, як основний метал, і не впливало на характеристики основного металу, параметри процесу з’єднання, такі як висока температура (наприклад, ≥ 1150 ℃) і тривалий час (наприклад, 8 ~ 24 години), повинні бути усиновлений;Якщо якість з’єднання погіршується або основний метал не витримує високу температуру, слід використовувати нижчу температуру (1100 ~ 1150 ℃) і менший час (1 ~ 8 годин).Проміжний шар повинен приймати композицію з’єднаного основного металу як основну композицію та додавати різні охолоджуючі елементи, такі як B, Si, Mn, Nb тощо. Наприклад, композиція сплаву Udimet: ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, а склад проміжного шару для перехідного з'єднання рідкої фази - b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Усі ці елементи можуть знизити температуру плавлення сплавів Ni Cr або Ni Cr Co до найнижчої, але ефект B найбільш очевидний.Крім того, висока швидкість дифузії B може швидко гомогенізувати міжшаровий сплав і основний метал.