Lemljenje superlegura
(1) Karakteristike lemljenja superlegura 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 se najčešće koristi u praktičnoj proizvodnji.
Superlegura sadrži više Cr, a na površini se tokom zagrijavanja formira 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 tokom zagrijavanja i uklanjanje oksidnog filma primarni problem tokom 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 livene legure na bazi nikla sa visokim sadržajem Al i Ti, stepen vakuuma u vrućem stanju ne smije biti manji od 10-2 ~ 10-3Pa tokom lemljenja kako bi se izbjegla oksidacija na površini legure tokom zagrijavanja.
Za legure na bazi nikla ojačane rastvorom i taloženjem, temperatura lemljenja treba biti u skladu s temperaturom zagrijavanja tokom obrade rastvorom kako bi se osiguralo potpuno rastvaranje elemenata legure. Temperatura lemljenja je preniska i elementi legure se ne mogu potpuno rastvoriti; Ako je temperatura lemljenja previsoka, zrna osnovnog metala će rasti i svojstva materijala se neće vratiti čak ni nakon termičke obrade. Temperatura čvrstog rastvora livenih osnovnih legura je visoka, što uglavnom neće uticati na svojstva materijala zbog previsoke temperature lemljenja.
Neke superlegure na bazi nikla, posebno legure ojačane precipitacijom, imaju tendenciju pucanja usljed napona. Prije lemljenja, napon nastao u procesu mora se potpuno ukloniti, a termički napon treba svesti na minimum tokom 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. Da bi se smanjio unutrašnji napon tokom zagrijavanja lemljenja, najbolje je odabrati lem sa niskom temperaturom topljenja. Fluks Fb101 može se koristiti za lemljenje sa dodatnim metalom na bazi srebra. Fluks Fb102 se koristi za lemljenje superlegura ojačanih taloženjem sa najvećim sadržajem aluminija, a dodaje se 10% ~ 20% natrijum silikata ili aluminijumskog fluksa (kao što je fb201). Kada temperatura lemljenja prelazi 900 ℃, treba odabrati fluks fb105.
Prilikom 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 usljed napona, ali radna temperatura ne smije prelaziti 400 ℃.
Dodatni metal za lemljenje na bazi nikla je najčešće korišteni dodatni metal za lemljenje u superlegurama zbog svojih dobrih performansi na visokim temperaturama i odsustva pucanja usljed napona tokom lemljenja. Glavni elementi legure u lemljenju na bazi nikla su Cr, Si, B, a mala količina lema sadrži i Fe, W itd. U poređenju sa ni-cr-si-b, dodatni metal za lemljenje b-ni68crwb može smanjiti intergranularnu infiltraciju B u osnovni metal i povećati interval temperature topljenja. To je dodatni metal za lemljenje radnih dijelova i lopatica turbina koji rade na visokim temperaturama. Međutim, fluidnost lema koji sadrži W se pogoršava i zazor spoja je teško kontrolisati.
Dodatni metal za aktivno difuzijsko lemljenje ne sadrži Si element i ima odličnu otpornost na oksidaciju i vulkanizaciju. Temperatura lemljenja može se odabrati od 1150 ℃ do 1218 ℃, ovisno o vrsti lema. Nakon lemljenja, lemljeni spoj s istim svojstvima kao i osnovni metal može se dobiti nakon difuzijske obrade na 1066 ℃.
(3) Postupak lemljenja legura na bazi nikla može se izvesti lemljenjem u zaštitnoj atmosferi peći, vakuumskim lemljenjem i prolaznim spajanjem u tečnoj fazi. Prije lemljenja, površina se mora odmastiti, a oksid ukloniti poliranjem brusnim papirom, poliranjem filcanim kotačem, ribanjem acetonom i hemijskim 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 hemijska reakcija između fluksa i osnovnog metala. Kako bi se spriječilo pucanje osnovnog metala, hladno obrađeni dijelovi moraju se ublažiti od napona prije zavarivanja, a zagrijavanje zavarivanja mora biti što ravnomjernije. Kod superlegura ojačanih precipitacijom, dijelovi se prvo moraju podvrgnuti obradi čvrstim rastvorom, zatim lemiti na temperaturi nešto višoj od obrade jačanja starenjem, i na kraju obradi starenjem.
1) Lemljenje u zaštitnoj atmosferi peći Lemljenje u zaštitnoj atmosferi peći zahtijeva visoku čistoću zaštitnog plina. Za superlegure sa w (AL) i w (TI) manjim od 0,5%, tačka rose mora biti niža 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 lemi; Dodati malu količinu plinskog fluksa, kao što je bor trifluorid.
2) Vakuumsko lemljenje Vakuumsko lemljenje se široko koristi za postizanje boljeg zaštitnog efekta i kvalitete lemljenja. Pogledajte tabelu 15 za mehanička svojstva tipičnih spojeva superlegura na bazi nikla. Za superlegure sa 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 niklnog premaza treba 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 napunjena geterom. Na primjer, Zr apsorbira plin na visokoj temperaturi, što može formirati lokalni vakuum u kutiji, čime se sprječava oksidacija površine legure.
Tabela 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 maksimalno dozvoljenu vrijednost razmaka spoja. Uzimajući Inconel leguru kao primjer, maksimalni razmak Inconel spoja lemljenog s b-ni82crsib može doseći 90μm nakon difuzijskog tretmana na 1000 ℃ tokom 1H; Međutim, za spojeve lemljene s b-ni71crsib, maksimalni razmak je oko 50μm nakon difuzijskog tretmana na 1000 ℃ tokom 1H.
3) Prelazna veza u tečnoj fazi Prelazna veza u tečnoj fazi koristi međuslojnu leguru (debljine oko 2,5 ~ 100 μm) čija je tačka topljenja niža od osnovnog metala kao dodatni metal. Pod malim pritiskom (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 i formira se spoj. Ova metoda značajno smanjuje zahtjeve za spajanje površine osnovnog metala i smanjuje pritisak zavarivanja. Glavni parametri prelazne veze u tečnoj fazi su pritisak, temperatura, vrijeme zadržavanja i sastav međusloja. Primjenjuje se manji pritisak 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 osnovni metal i da to ne utiče na performanse osnovnog metala, treba usvojiti parametre procesa spajanja visoke temperature (kao što je ≥ 1150 ℃) i dugog vremena (kao što je 8 ~ 24h); Ako je kvalitet spoja smanjen ili osnovni metal ne može izdržati visoku temperaturu, treba koristiti nižu temperaturu (1100 ~ 1150 ℃) i kraće vrijeme (1 ~ 8h). 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 prelazno spajanje u tečnoj fazi je b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Svi ovi elementi mogu smanjiti temperaturu topljenja legura Ni, Cr ili Ni, Cr i Co na najnižu moguću mjeru, ali je učinak B najočitiji. Osim toga, visoka brzina difuzije B može brzo homogenizirati međuslojnu leguru i osnovni metal.
Vrijeme objave: 13. juni 2022.