Lemljenje superlegura
(1) Karakteristike lemljenja superlegure mogu se podijeliti u tri kategorije: na bazi nikla, na bazi željeza i na bazi kobalta. Imaju dobra mehanička svojstva, otpornost na oksidaciju i otpornost na koroziju na visokim temperaturama. Legura na bazi nikla najčešće se koristi u praktičnoj proizvodnji.
Superlegura sadrži više Cr, a na površini se tijekom zagrijavanja stvara oksidni film Cr2O3 koji je teško ukloniti. Superlegure na bazi nikla sadrže Al i Ti, koji se lako oksidiraju prilikom zagrijavanja. Stoga je sprječavanje ili smanjenje oksidacije superlegura tijekom zagrijavanja i uklanjanje oksidnog filma primarni problem tijekom lemljenja. Budući da boraks ili borna kiselina u fluksu 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 udjelom 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 otopinom kako bi se osiguralo potpuno otapanje elemenata legure. Temperatura lemljenja je preniska i elementi legure se ne mogu potpuno otopiti; ako je temperatura lemljenja previsoka, zrna osnovnog metala će rasti i svojstva materijala se neće vratiti čak 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 precipitacijom, imaju tendenciju pucanja uslijed naprezanja. Prije lemljenja, naprezanje nastalo u procesu mora se potpuno ukloniti, a toplinsko naprezanje treba svesti na minimum tijekom lemljenja.
(2) Materijal za lemljenje, legura na bazi nikla, može se lemiti lemom na bazi srebra, čistim bakrom, lemom na bazi 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 lemljenja, najbolje je odabrati lem s niskom temperaturom taljenja. Fluks Fb101 može se koristiti za lemljenje s dodatnim metalom na bazi srebra. Fluks Fb102 koristi se za lemljenje superlegure ojačane precipitacijom s najvećim udjelom aluminija, a dodaje se 10% ~ 20% natrijevog silikata ili aluminijevog fluksa (kao što je fb201). Kada temperatura lemljenja prelazi 900 ℃, treba odabrati fluks fb105.
Prilikom lemljenja u vakuumu ili zaštitnoj atmosferi, čisti bakar može se koristiti kao dodatni metal za lemljenje. Temperatura lemljenja je 1100 ~ 1150 ℃, a spoj neće uzrokovati pucanje od napona, ali radna temperatura ne smije prelaziti 400 ℃.
Dodatni metal za lemljenje na bazi nikla najčešće je korišteni dodatni metal za lemljenje u superlegurama zbog svojih dobrih performansi na visokim temperaturama i bez pucanja od napona tijekom lemljenja. Glavni elementi legure u lemljenju 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 lemljenje radnih dijelova i lopatica turbina izloženih visokim temperaturama. Međutim, fluidnost lema koji sadrži W se pogoršava i teško je kontrolirati razmak spoja.
Dodatni metal za aktivno difuzijsko lemljenje ne sadrži silicij i ima izvrsnu otpornost na oksidaciju i vulkanizaciju. Temperatura lemljenja može se odabrati od 1150 ℃ do 1218 ℃ ovisno o vrsti lema. Nakon lemljenja, difuzijskom obradom na 1066 ℃ može se dobiti lemljeni spoj s istim svojstvima kao i osnovni metal.
(3) Postupak lemljenja legura na bazi nikla može se izvesti lemljenjem u zaštitnoj atmosferi peći, lemljenjem u vakuumu i prolaznim spajanjem tekuće faze. Prije lemljenja, površina se mora odmastiti, a oksid ukloniti poliranjem brusnim papirom, poliranjem filcanim kotačem, ribanjem acetonom i kemijskim čišćenjem. Prilikom odabira parametara postupka lemljenja, treba napomenuti da temperatura zagrijavanja ne smije biti previsoka, a vrijeme lemljenja treba biti kratko kako bi se izbjegla jaka kemijska reakcija između fluksa i osnovnog metala. Kako bi se spriječilo pucanje osnovnog metala, hladno obrađeni dijelovi moraju se prije zavarivanja osloboditi naprezanja, a zagrijavanje zavarivanja mora biti što ravnomjernije. Kod superlegura ojačanih precipitacijom, dijelovi se prvo moraju podvrgnuti obradi krutom otopinom, zatim lemiti na temperaturi nešto višoj od obrade ojačavanja starenjem i na kraju obradi starenjem.
1) Lemljenje u zaštitnoj atmosferi peći Lemljenje u zaštitnoj atmosferi peći zahtijeva visoku čistoću zaštitnog plina. Za superlegure s w (AL) i w (TI) manjim od 0,5%, rosište mora biti niže od -54 ℃ kada se koristi vodik ili argon. Kada se sadržaj Al i Ti poveća, površina legure i dalje oksidira pri zagrijavanju. Moraju se poduzeti sljedeće mjere; Dodati malu količinu fluksa (kao što je fb105) i ukloniti oksidni film fluksom; Na površinu dijelova nanijeti premaz debljine 0,025 ~ 0,038 mm; Prethodno poprskati lem na površinu materijala koji se lemljuje; Dodati malu količinu plinskog fluksa, kao što je borov trifluorid.
2) Vakuumsko lemljenje Vakuumsko lemljenje se široko koristi za postizanje boljeg zaštitnog učinka 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 nikla od 0,01 ~ 0,015 mm na površini, iako se vlaženje lema može osigurati bez posebne prethodne obrade. Kada w (AL) i w (TI) prelaze 4%, debljina nikla mora biti 0,020,03 mm. Pretanki premaz nema zaštitni učinak, a predebeo premaz će smanjiti čvrstoću spoja. Dijelovi koji se zavaruju također se mogu staviti u kutiju za vakuumsko lemljenje. Kutija treba biti ispunjena 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 difuzijska obrada nakon lemljenja dodatno će povećati maksimalnu dopuštenu vrijednost razmaka spoja. Uzimajući Inconel leguru kao primjer, maksimalni razmak Inconel spoja lemljenog s b-ni82crsib može doseći 90 μm nakon difuzijske obrade na 1000 ℃ tijekom 1 sata; Međutim, za spojeve lemljene s b-ni71crsib, maksimalni razmak je oko 50 μm nakon difuzijske obrade na 1000 ℃ tijekom 1 sata.
3) Privremena veza tekuće faze Privremena veza tekuće faze koristi međuslojnu leguru (debljine oko 2,5 ~ 100 μm) čija je točka taljenja niža od osnovnog metala kao dodatni metal. Pod malim tlakom (0 ~ 0,007 mpa) i odgovarajućom temperaturom (1100 ~ 1250 ℃), međuslojni materijal prvo topi i vlaži osnovni metal. Zbog brze difuzije elemenata, na spoju dolazi do izotermnog skrućivanja kako bi se formirao spoj. Ova metoda uvelike smanjuje zahtjeve za spajanjem površine osnovnog metala i smanjuje tlak zavarivanja. Glavni parametri privremene veze tekuće faze su tlak, temperatura, vrijeme zadržavanja i sastav međusloja. Primjenjuje se manji tlak kako bi se spojna površina zavara održala u dobrom kontaktu. Temperatura i vrijeme zagrijavanja imaju veliki utjecaj na performanse spoja. Ako se zahtijeva da spoj bude čvrst kao i osnovni metal i da to ne utječe na performanse osnovnog metala, moraju se usvojiti parametri procesa spajanja visoke temperature (npr. ≥ 1150 ℃) i dugog vremena (npr. 8 ~ 24 sata); Ako je kvaliteta spoja smanjena ili osnovni metal ne može podnijeti visoku temperaturu, moraju se koristiti niža temperatura (1100 ~ 1150 ℃) i kraće vrijeme (1 ~ 8 sati). Međusloj treba uzeti sastav spojenog osnovnog metala kao osnovni sastav, a dodati različite elemente za hlađenje, kao što su B, Si, Mn, Nb itd. Na primjer, sastav Udimet legure je ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, a sastav međusloja za privremeni spoj u tekućoj fazi je b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Svi ovi elementi mogu smanjiti temperaturu taljenja legura NiCr ili NiCrCo na najnižu moguću razinu, ali učinak B je najočitiji. Osim toga, visoka brzina difuzije B može brzo homogenizirati međuslojnu leguru i osnovni metal.
Vrijeme objave: 13. lipnja 2022.