Brazarea superaliajelor

Brazarea superaliajelor

(1) Caracteristicile de lipire ale superaliajelor pot fi împărțite în trei categorii: pe bază de nichel, pe bază de fier și pe bază de cobalt. Acestea au proprietăți mecanice bune, rezistență la oxidare și rezistență la coroziune la temperaturi ridicate. Aliajul pe bază de nichel este cel mai utilizat în producția practică.

Superaliajul conține mai mult Cr, iar la suprafață se formează o peliculă de oxid de Cr2O3, care este dificil de îndepărtat. Superaliajele pe bază de nichel conțin Al și Ti, care se oxidează ușor la încălzire. Prin urmare, prevenirea sau reducerea oxidării superaliajelor în timpul încălzirii și îndepărtarea peliculei de oxid reprezintă principala problemă în timpul brazării. Deoarece boraxul sau acidul boric din flux pot provoca coroziunea metalului de bază la temperatura de brazare, borul precipitat după reacție poate pătrunde în metalul de bază, rezultând infiltrație intergranulară. Pentru aliajele pe bază de nichel turnate cu conținut ridicat de Al și Ti, gradul de vid în stare fierbinte nu trebuie să fie mai mic de 10-2 ~ 10-3pa în timpul brazării pentru a evita oxidarea la suprafața aliajului în timpul încălzirii.

Pentru aliajele pe bază de nichel întărite prin soluție și întărite prin precipitare, temperatura de lipire trebuie să fie consistentă cu temperatura de încălzire a tratamentului în soluție pentru a asigura dizolvarea completă a elementelor din aliaj. Temperatura de lipire este prea scăzută, iar elementele din aliaj nu pot fi dizolvate complet; Dacă temperatura de lipire este prea mare, granula metalului de bază va crește, iar proprietățile materialului nu vor fi restabilite nici măcar după tratamentul termic. Temperatura de soluție solidă a aliajelor pe bază turnate este ridicată, ceea ce, în general, nu va afecta proprietățile materialului din cauza temperaturii de lipire prea ridicate.

Unele superaliaje pe bază de nichel, în special aliajele întărite prin precipitare, au tendința de a se fisura sub tensiune. Înainte de lipire, tensiunea formată în proces trebuie îndepărtată complet, iar tensiunea termică trebuie redusă la minimum în timpul lipirii.

(2) Materialul de lipire din aliajul pe bază de nichel poate fi lipit cu bază de argint, cupru pur, bază de nichel și aliaj de lipit activ. Când temperatura de lucru a îmbinării nu este ridicată, se pot utiliza materiale pe bază de argint. Există multe tipuri de aliaje de lipit pe bază de argint. Pentru a reduce tensiunea internă în timpul încălzirii prin lipire, este recomandat să se aleagă un aliaj de lipit cu temperatură de topire scăzută. Fluxul Fb101 poate fi utilizat pentru lipirea cu metal de adaos pe bază de argint. Fluxul Fb102 este utilizat pentru lipirea superaliajelor întărite prin precipitare cu cel mai mare conținut de aluminiu, la care se adaugă 10% ~ 20% silicat de sodiu sau flux de aluminiu (cum ar fi fb201). Când temperatura de lipire depășește 900 ℃, se va selecta fluxul fb105.

La lipirea în vid sau în atmosferă protectoare, se poate utiliza cupru pur ca metal de adaos. Temperatura de lipire este de 1100 ~ 1150 ℃, iar îmbinarea nu va produce fisuri sub tensiune, dar temperatura de lucru nu trebuie să depășească 400 ℃.

Metalul de adaos pentru lipire pe bază de nichel este cel mai frecvent utilizat metal de adaos pentru lipire în superaliaje datorită performanței sale bune la temperaturi ridicate și absenței fisurilor sub tensiune în timpul lipirii. Principalele elemente de aliaj din aliajul de lipire pe bază de nichel sunt Cr, Si, B, iar o cantitate mică de aliaj de lipire conține, de asemenea, Fe, W etc. Comparativ cu ni-cr-si-b, metalul de adaos pentru lipire b-ni68crwb poate reduce infiltrarea intergranulară a B în metalul de bază și poate crește intervalul de temperatură de topire. Este un metal de adaos pentru lipire pentru piesele de lucru la temperaturi ridicate și palele turbinelor. Cu toate acestea, fluiditatea aliajului de lipire care conține W se înrăutățește, iar spațiul dintre îmbinări este dificil de controlat.

Metalul de adaos pentru lipire prin difuzie activă nu conține element Si și are o rezistență excelentă la oxidare și vulcanizare. Temperatura de lipire poate fi selectată de la 1150 ℃ la 1218 ℃, în funcție de tipul de lipire. După lipire, îmbinarea lipită cu aceleași proprietăți ca metalul de bază poate fi obținută după un tratament de difuzie la 1066 ℃.

(3) Procesul de lipire al aliajului pe bază de nichel poate fi realizat prin lipire în cuptor cu atmosferă protectoare, lipire în vid și conectare tranzitorie în fază lichidă. Înainte de lipire, suprafața trebuie degresată, iar oxidul trebuie îndepărtat prin lustruire cu șmirghel, lustruire cu disc de pâslă, frecare cu acetonă și curățare chimică. La selectarea parametrilor procesului de lipire, trebuie reținut că temperatura de încălzire nu trebuie să fie prea ridicată, iar timpul de lipire trebuie să fie scurt pentru a evita reacția chimică puternică dintre flux și metalul de bază. Pentru a preveni fisurarea metalului de bază, piesele prelucrate la rece trebuie detensionate înainte de sudare, iar încălzirea prin sudură trebuie să fie cât mai uniformă posibil. Pentru superaliajele întărite prin precipitare, piesele trebuie supuse mai întâi unui tratament în soluție solidă, apoi lipite la o temperatură puțin mai mare decât tratamentul de întărire la îmbătrânire și, în final, unui tratament de îmbătrânire.

1) Brazarea în cuptor cu atmosferă protectoare Brazarea în cuptor cu atmosferă protectoare necesită o puritate ridicată a gazului de protecție. Pentru superaliaje cu w (AL) și w (TI) mai mic de 0,5%, punctul de rouă trebuie să fie mai mic de -54 ℃ atunci când se utilizează hidrogen sau argon. Chiar și atunci când conținutul de Al și Ti crește, suprafața aliajului se oxidează în continuare la încălzire. Trebuie luate următoarele măsuri: Adăugați o cantitate mică de flux (cum ar fi fb105) și îndepărtați pelicula de oxid cu flux; Aplicați un strat de acoperire cu grosimea de 0,025 ~ 0,038 mm pe suprafața pieselor; Pulverizați în prealabil aliajul de lipit pe suprafața materialului care urmează să fie brazat; Adăugați o cantitate mică de flux de gaz, cum ar fi trifluorură de bor.

2) Brazarea în vid Brazarea în vid este utilizată pe scară largă pentru a obține un efect de protecție mai bun și o calitate a brazării mai bună. Consultați tabelul 15 pentru proprietățile mecanice ale îmbinărilor tipice din superaliaje pe bază de nichel. Pentru superaliaje cu w (AL) și w (TI) mai mic de 4%, este mai bine să se electroplacheze un strat de nichel de 0,01 ~ 0,015 mm pe suprafață, deși umectarea aliajului de lipire poate fi asigurată fără pretratare specială. Când w (AL) și w (TI) depășesc 4%, grosimea stratului de nichel trebuie să fie de 0,020,03 mm. Un strat prea subțire nu are efect protector, iar un strat prea gros va reduce rezistența îmbinării. Piesele care urmează să fie sudate pot fi, de asemenea, plasate în cutie pentru brazare în vid. Cutia trebuie umplută cu getter. De exemplu, Zr absoarbe gaz la temperatură ridicată, ceea ce poate forma un vid local în cutie, prevenind astfel oxidarea suprafeței aliajului.

Tabelul 15 Proprietățile mecanice ale îmbinărilor brazate în vid ale superaliajelor tipice pe bază de nichel

Microstructura și rezistența îmbinării brazate din superaliaj se modifică odată cu spațiul dintre rosturi, iar tratamentul de difuzie după brazare va crește și mai mult valoarea maximă admisă a spațiului dintre rosturi. Luând ca exemplu aliajul Inconel, spațiul maxim al îmbinării Inconel brazate cu b-ni82crsib poate ajunge la 90 µm după tratamentul de difuzie la 1000 ℃ timp de 1H; Cu toate acestea, pentru îmbinările brazate cu b-ni71crsib, spațiul maxim este de aproximativ 50 µm după tratamentul de difuzie la 1000 ℃ timp de 1H.

3) Conexiune tranzitorie în fază lichidă Conexiunea tranzitorie în fază lichidă utilizează ca metal de adaos aliajul interstrat (cu o grosime de aproximativ 2,5 ~ 100 µm) al cărui punct de topire este mai mic decât cel al metalului de bază. Sub o presiune mică (0 ~ 0,007 MPa) și o temperatură adecvată (1100 ~ 1250 ℃), materialul interstratului topește și umezește mai întâi metalul de bază. Datorită difuziei rapide a elementelor, are loc o solidificare izotermă la îmbinare pentru a forma îmbinarea. Această metodă reduce considerabil cerințele de potrivire a suprafeței metalului de bază și reduce presiunea de sudare. Principalii parametri ai conexiunii tranzitorii în fază lichidă sunt presiunea, temperatura, timpul de menținere și compoziția stratului interstrat. Aplicați o presiune mai mică pentru a menține suprafața de îmbinare a sudurii în contact bun. Temperatura și timpul de încălzire au un impact mare asupra performanței îmbinării. Dacă se dorește ca îmbinarea să fie la fel de rezistentă ca metalul de bază și nu afectează performanța metalului de bază, se vor adopta parametrii procesului de conectare de temperatură ridicată (cum ar fi ≥ 1150 ℃) și timp lung (cum ar fi 8 ~ 24h); Dacă calitatea conexiunii este redusă sau metalul de bază nu poate rezista la temperaturi ridicate, se va utiliza o temperatură mai scăzută (1100 ~ 1150 ℃) și un timp mai scurt (1 ~ 8h). Stratul intermediar va lua compoziția metalului de bază conectat ca și compoziție de bază și va adăuga diferite elemente de răcire, cum ar fi B, Si, Mn, Nb etc. De exemplu, compoziția aliajului Udimet este ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, iar compoziția stratului intermediar pentru conexiunea tranzitorie în fază lichidă este b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Toate aceste elemente pot reduce temperatura de topire a aliajelor NiCr sau NiCrCo la cel mai scăzut nivel, dar efectul lui B este cel mai evident. În plus, rata mare de difuzie a lui B poate omogeniza rapid aliajul interstratificat și metalul de bază.