Lemljenje superlegura
(1) Karakteristike tvrdog lemljenja Superlegure se mogu podijeliti u tri kategorije: na bazi nikla, na bazi željeza i na bazi kobalta.Imaju dobra mehanička svojstva, otpornost na oksidaciju i koroziju na visokim temperaturama.U praktičnoj proizvodnji najčešće se koristi legura na bazi nikla.
Superlegura sadrži više Cr, a zagrijavanjem se na površini stvara Cr2O3 oksidni film koji se teško uklanja.Superlegure na bazi nikla sadrže Al i Ti, koji se zagrijavanjem lako oksidiraju.Stoga je primarni problem tijekom lemljenja spriječiti ili smanjiti oksidaciju superlegura tijekom zagrijavanja i ukloniti oksidni film.Budući da boraks ili borna kiselina u topilu mogu uzrokovati koroziju osnovnog metala na temperaturi lemljenja, bor koji se istaloži nakon reakcije može prodrijeti u osnovni metal, što rezultira intergranularnom infiltracijom.Za lijevane legure na bazi nikla s visokim sadržajem Al i Ti, stupanj vakuuma u vrućem stanju ne smije biti manji od 10-2 ~ 10-3pa tijekom lemljenja kako bi se izbjegla oksidacija na površini legure tijekom zagrijavanja.
Za legure na bazi nikla ojačane otopinom i taloženjem, temperatura lemljenja treba biti u skladu s temperaturom zagrijavanja obrade otopinom kako bi se osiguralo potpuno otapanje elemenata legure.Temperatura lemljenja je preniska, a elementi legure ne mogu se potpuno otopiti;Ako je temperatura lemljenja previsoka, zrno osnovnog metala će narasti, a svojstva materijala se neće vratiti ni nakon toplinske obrade.Temperatura čvrste otopine lijevanih osnovnih legura je visoka, što općenito neće utjecati na svojstva materijala zbog previsoke temperature lemljenja.
Neke superlegure na bazi nikla, posebno legure ojačane taloženjem, imaju tendenciju pucanja pod naponom.Prije lemljenja potrebno je u potpunosti ukloniti naprezanje nastalo tijekom procesa, a toplinsko naprezanje tijekom lemljenja treba svesti na minimum.
(2) Materijal za lemljenje legura na bazi nikla može se lemiti s bazom srebra, čistim bakrom, bazom nikla i aktivnim lemom.Kada radna temperatura spoja nije visoka, mogu se koristiti materijali na bazi srebra.Postoje mnoge vrste lemova na bazi srebra.Kako bi se smanjilo unutarnje naprezanje tijekom zagrijavanja lemljenja, najbolje je odabrati lem s niskom temperaturom taljenja.Fluks Fb101 može se koristiti za tvrdo lemljenje s dodatnim metalom na bazi srebra.Fb102 fluks se koristi za lemljenje taloženjem ojačane superlegure s najvećim sadržajem aluminija, a dodaje se 10% ~ 20% natrijevog silikata ili aluminijskog fluksa (kao što je fb201).Kada temperatura lemljenja prijeđe 900 ℃, odabire se fluks fb105.
Kod lemljenja u vakuumu ili zaštitnoj atmosferi, čisti bakar se može koristiti kao dodatni metal za lemljenje.Temperatura lemljenja je 1100 ~ 1150 ℃, a spoj neće izazvati pucanje pod naponom, ali radna temperatura ne smije prijeći 400 ℃.
Dodatni metal za tvrdo lemljenje na bazi nikla najčešće je korišteni dodatni metal za lemljenje u superlegurama zbog svojih dobrih performansi na visokim temperaturama i bez pucanja uslijed naprezanja tijekom lemljenja.Glavni elementi legure u lemu na bazi nikla su Cr, Si, B, a mala količina lema također sadrži Fe, W, itd. U usporedbi s ni-cr-si-b, dodatni metal za lemljenje b-ni68crwb može smanjiti intergranularnu infiltraciju B u osnovni metal i povećati interval temperature taljenja.To je dodatni metal za tvrdo lemljenje radnih dijelova i lopatica turbina na visokim temperaturama.Međutim, fluidnost lema koji sadrži W postaje lošija i razmak spoja je teško kontrolirati.
Dodatni metal za aktivno difuzijsko lemljenje ne sadrži Si element i ima izvrsnu otpornost na oksidaciju i vulkanizaciju.Temperatura lemljenja može se odabrati od 1150 ℃ do 1218 ℃ prema vrsti lema.Nakon lemljenja, lemljeni spoj s istim svojstvima kao i osnovni metal može se dobiti nakon tretmana difuzijom od 1066 ℃.
(3) Proces lemljenja legura na bazi nikla može usvojiti lemljenje u peći sa zaštitnom atmosferom, lemljenje u vakuumu i prolaznu vezu tekuće faze.Prije lemljenja, površina se mora odmastiti i ukloniti okside poliranjem brusnim papirom, poliranjem filca, trljanjem acetonom i kemijskim čišćenjem.Prilikom odabira parametara procesa lemljenja, treba imati na umu da temperatura zagrijavanja ne smije biti previsoka, a vrijeme lemljenja treba biti kratko kako bi se izbjegla jaka kemijska reakcija između topitelja i osnovnog metala.Kako bi se spriječilo pucanje osnovnog metala, hladno obrađeni dijelovi moraju biti oslobođeni naprezanja prije zavarivanja, a zagrijavanje zavarivanja mora biti što je moguće ravnomjernije.Za taložno ojačane superlegure, dijelovi se prvo moraju podvrgnuti obradi čvrstom otopinom, zatim lemiti na temperaturi nešto višoj od obrade ojačavanja starenjem i na kraju obradi starenjem.
1) Lemljenje u peći sa zaštitnom atmosferom Lemljenje u peći sa zaštitnom atmosferom zahtijeva visoku čistoću zaštitnog plina.Za superlegure s w (AL) i w (TI) manjim od 0,5%, točka rosišta mora biti niža od -54 ℃ kada se koristi vodik ili argon.Kada se sadržaj Al i Ti poveća, površina legure još uvijek oksidira kada se zagrijava.Moraju se poduzeti sljedeće mjere;Dodajte malu količinu fluksa (kao što je fb105) i uklonite oksidni film s fluksom;0,025 ~ 0,038 mm debeo premaz nanosi se na površinu dijelova;Prethodno raspršite lem na površinu materijala za lemljenje;Dodajte malu količinu plinskog fluksa, kao što je bor trifluorid.
2) Vakuumsko lemljenje Vakuumsko lemljenje naširoko se koristi za postizanje boljeg učinka zaštite i kvalitete lemljenja.Pogledajte tablicu 15 za mehanička svojstva tipičnih spojeva superlegura na bazi nikla.Za superlegure s w (AL) i w (TI) manjim od 4%, bolje je galvanizirati sloj od 0,01 ~ 0,015 mm nikla na površini, iako se vlaženje lema može osigurati bez posebne prethodne obrade.Kada w (AL) i w (TI) prelaze 4%, debljina sloja nikla mora biti 0,020,03 mm.Pretanak premaz nema nikakav zaštitni učinak, a predebeli će smanjiti čvrstoću spoja.Dijelovi za zavarivanje također se mogu staviti u kutiju za lemljenje pod vakuumom.Kutiju treba napuniti geterom.Na primjer, Zr apsorbira plin na visokoj temperaturi, što može stvoriti lokalni vakuum u kutiji, čime se sprječava oksidacija površine legure.
Tablica 15 mehanička svojstva vakuumski lemljenih spojeva tipičnih superlegura na bazi nikla
Mikrostruktura i čvrstoća lemljenog spoja superlegure mijenjaju se s razmakom lemljenja, a difuzijski tretman nakon lemljenja dodatno će povećati najveću dopuštenu vrijednost razmaka spoja.Uzimajući Inconel leguru kao primjer, najveći razmak Inconel spoja lemljenog b-ni82crsibom može doseći 90 um nakon difuzijskog tretmana na 1000 ℃ tijekom 1H;Međutim, za spojeve lemljene s b-ni71crsibom, maksimalni razmak je oko 50 um nakon tretmana difuzijom na 1000 ℃ tijekom 1 sata.
3) Prijelazna veza tekuće faze Prijelazna veza tekuće faze koristi međuslojnu leguru (debljine oko 2,5 ~ 100 um) čije je talište niže od osnovnog metala kao dodatni metal.Pod malim tlakom (0 ~ 0,007 mpa) i odgovarajućom temperaturom (1100 ~ 1250 ℃), međuslojni materijal se prvo topi i vlaži osnovni metal.Zbog brze difuzije elemenata dolazi do izotermnog skrućivanja na spoju kako bi se formirao spoj.Ova metoda uvelike smanjuje zahtjeve za usklađivanjem površine osnovnog metala i smanjuje pritisak zavarivanja.Glavni parametri prijelazne veze tekuće faze su tlak, temperatura, vrijeme zadržavanja i sastav međusloja.Primijenite manji pritisak kako bi spojna površina zavara ostala u dobrom kontaktu.Temperatura i vrijeme zagrijavanja imaju veliki utjecaj na performanse spoja.Ako se zahtijeva da spoj bude jak kao osnovni metal i ne utječe na performanse osnovnog metala, parametri procesa spajanja visoke temperature (kao što je ≥ 1150 ℃) i dugo vremena (kao što je 8 ~ 24h) moraju biti usvojen;Ako je kvaliteta spoja spoja smanjena ili osnovni metal ne može izdržati visoku temperaturu, treba koristiti nižu temperaturu (1100 ~ 1150 ℃) i kraće vrijeme (1 ~ 8h).Međusloj će uzeti sastav spojenog osnovnog metala kao osnovni sastav i dodati različite elemente za hlađenje, kao što su B, Si, Mn, Nb itd. Na primjer, sastav Udimet legure je ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, a sastav međusloja za prolaznu vezu tekuće faze je b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Svi ovi elementi mogu smanjiti temperaturu taljenja Ni Cr ili Ni Cr Co legura na najnižu razinu, ali učinak B je najočitiji.Osim toga, visoka stopa difuzije B može brzo homogenizirati međusloj legure i osnovnog metala.
Vrijeme objave: 13. lipnja 2022