Brazing của Superalloys
(1) Đặc tính hàn Các siêu hợp kim có thể được chia thành ba loại: bazơ niken, bazơ sắt và bazơ coban.Chúng có tính chất cơ học tốt, chống oxy hóa và chống ăn mòn ở nhiệt độ cao.Hợp kim cơ sở niken được sử dụng rộng rãi nhất trong thực tế sản xuất.
Siêu hợp kim chứa nhiều Cr hơn, và màng oxit Cr2O3 rất khó loại bỏ được hình thành trên bề mặt trong quá trình nung nóng.Các siêu hợp kim bazơ niken chứa Al và Ti, dễ bị ôxy hóa khi đun nóng.Do đó, để ngăn chặn hoặc giảm quá trình oxy hóa các siêu hợp kim trong quá trình gia nhiệt và loại bỏ màng oxit là vấn đề chính trong quá trình hàn.Vì borax hoặc axit boric trong chất trợ dung có thể gây ăn mòn kim loại cơ bản ở nhiệt độ hàn, bo kết tủa sau phản ứng có thể thâm nhập vào kim loại cơ bản, dẫn đến xâm nhập giữa các hạt.Đối với hợp kim cơ bản niken đúc có hàm lượng Al và Ti cao, độ chân không ở trạng thái nóng không được nhỏ hơn 10-2 ~ 10-3pa trong quá trình hàn để tránh oxy hóa bề mặt hợp kim trong quá trình gia nhiệt.
Đối với hợp kim cơ bản niken tăng cường dung dịch và kết tủa, nhiệt độ hàn phải phù hợp với nhiệt độ gia nhiệt của xử lý dung dịch để đảm bảo sự hòa tan hoàn toàn của các nguyên tố hợp kim.Nhiệt độ hàn quá thấp, và các nguyên tố hợp kim không thể hòa tan hoàn toàn;Nếu nhiệt độ hàn quá cao, hạt kim loại cơ bản sẽ lớn lên và các đặc tính của vật liệu sẽ không được phục hồi ngay cả sau khi xử lý nhiệt.Nhiệt độ dung dịch rắn của hợp kim cơ bản đúc cao, nói chung sẽ không ảnh hưởng đến tính chất vật liệu do nhiệt độ hàn quá cao.
Một số siêu hợp kim bazơ niken, đặc biệt là các hợp kim tăng cường kết tủa, có xu hướng nứt do ứng suất.Trước khi hàn, ứng suất hình thành trong quá trình phải được loại bỏ hoàn toàn và ứng suất nhiệt phải được giảm thiểu trong quá trình hàn.
(2) Vật liệu hàn Hợp kim cơ bản niken có thể được hàn với cơ bản bạc, đồng nguyên chất, cơ bản niken và chất hàn hoạt động.Khi nhiệt độ làm việc của mối nối không cao, có thể sử dụng vật liệu gốc bạc.Có nhiều loại chất hàn dựa trên bạc.Để giảm ứng suất bên trong trong quá trình gia nhiệt hàn, tốt nhất nên chọn vật hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp.Từ thông Fb101 có thể được sử dụng để hàn với kim loại phụ bạc cơ bản.Thông lượng Fb102 được sử dụng để hàn siêu hợp kim tăng cường kết tủa với hàm lượng nhôm cao nhất và 10% ~ 20% natri silicat hoặc chất trợ dung nhôm (chẳng hạn như fb201) được thêm vào.Khi nhiệt độ hàn vượt quá 900 ℃, thông lượng fb105 sẽ được chọn.
Khi hàn trong chân không hoặc môi trường bảo vệ, đồng nguyên chất có thể được sử dụng làm kim loại hàn.Nhiệt độ hàn là 1100 ~ 1150 ℃ và mối nối sẽ không tạo ra nứt do ứng suất, nhưng nhiệt độ làm việc không được vượt quá 400 ℃.
Kim loại độn hàn cơ bản niken là kim loại độn hàn được sử dụng phổ biến nhất trong Superalloys vì hiệu suất nhiệt độ cao tốt và không bị nứt do ứng suất trong quá trình hàn.Các nguyên tố hợp kim chính trong thuốc hàn cơ bản niken là Cr, Si, B và một lượng nhỏ thuốc hàn cũng chứa Fe, W, v.v. So với ni-cr-si-b, kim loại hàn b-ni68crwb có thể làm giảm sự xâm nhập giữa các hạt của B vào kim loại cơ bản và tăng khoảng nhiệt độ nóng chảy.Nó là kim loại hàn để hàn các bộ phận làm việc ở nhiệt độ cao và cánh tuabin.Tuy nhiên, độ lưu động của vật hàn chứa W trở nên kém hơn và khó kiểm soát khe hở mối nối.
Kim loại độn hàn khuếch tán tích cực không chứa nguyên tố Si và có khả năng chống oxy hóa và kháng lưu hóa tuyệt vời.Nhiệt độ hàn có thể được chọn từ 1150 ℃ đến 1218 ℃ tùy theo loại vật hàn.Sau khi hàn, mối nối được hàn có các tính chất tương tự như kim loại cơ bản có thể thu được sau khi xử lý khuếch tán 1066 ℃.
(3) Quá trình hàn hợp kim cơ bản niken có thể áp dụng phương pháp hàn trong lò khí quyển bảo vệ, hàn chân không và kết nối pha lỏng thoáng qua.Trước khi hàn, bề mặt phải được tẩy dầu mỡ và loại bỏ oxit bằng cách đánh bóng bằng giấy nhám, đánh bóng phớt bánh xe, chà bằng axeton và làm sạch bằng hóa chất.Khi lựa chọn các thông số của quá trình hàn, cần lưu ý rằng nhiệt độ gia nhiệt không được quá cao và thời gian hàn phải ngắn để tránh phản ứng hóa học mạnh mẽ giữa chất trợ dung và kim loại cơ bản.Để ngăn kim loại cơ bản không bị nứt, các bộ phận được gia công nguội phải được giảm ứng suất trước khi hàn và nhiệt độ hàn phải đồng đều nhất có thể.Đối với siêu hợp kim tăng cường kết tủa, các bộ phận phải được xử lý bằng dung dịch rắn trước tiên, sau đó được hàn ở nhiệt độ cao hơn một chút so với xử lý tăng cường lão hóa, và cuối cùng là xử lý lão hóa.
1) Hàn trong lò khí quyển bảo vệ Hàn trong lò khí quyển bảo vệ yêu cầu độ tinh khiết cao của khí che chắn.Đối với siêu hợp kim có w (AL) và w (TI) nhỏ hơn 0,5%, điểm sương phải thấp hơn -54 ℃ khi sử dụng hydro hoặc argon.Khi hàm lượng Al và Ti tăng lên thì bề mặt hợp kim vẫn bị oxi hóa khi nung nóng.Các biện pháp sau đây phải được thực hiện;Thêm một lượng nhỏ chất trợ dung (chẳng hạn như fb105) và loại bỏ màng oxit bằng chất trợ dung;Lớp phủ dày 0,025 ~ 0,038mm được mạ trên bề mặt của các bộ phận;Phun thuốc hàn lên bề mặt vật liệu cần hàn trước;Thêm một lượng nhỏ thông lượng khí, chẳng hạn như bo triflorua.
2) Băng hàn chân không hàn chân không được sử dụng rộng rãi để có được hiệu quả bảo vệ tốt hơn và chất lượng hàn.Xem bảng 15 để biết các đặc tính cơ học của các mối ghép siêu hợp kim cơ bản niken điển hình.Đối với các siêu hợp kim có w (AL) và w (TI) nhỏ hơn 4%, tốt hơn nên mạ điện một lớp niken 0,01 ~ 0,015mm trên bề mặt, mặc dù có thể đảm bảo thấm ướt chất hàn mà không cần xử lý trước đặc biệt.Khi w (AL) và w (TI) vượt quá 4%, độ dày của lớp phủ niken phải là 0,020,03mm.Lớp phủ quá mỏng không có tác dụng bảo vệ, và lớp phủ quá dày sẽ làm giảm độ bền của mối nối.Các bộ phận được hàn cũng có thể được đặt trong hộp để hàn chân không.Hộp phải được lấp đầy bởi getter.Ví dụ, Zr hấp thụ khí ở nhiệt độ cao, có thể tạo thành chân không cục bộ trong hộp, do đó ngăn cản quá trình oxy hóa bề mặt hợp kim.
Bảng 15 các tính chất cơ học của Mối nối hàn chân không của các siêu hợp kim cơ bản niken điển hình
Cấu trúc vi mô và độ bền của mối nối hàn Superalloy thay đổi theo khoảng cách hàn, và xử lý khuếch tán sau khi hàn sẽ làm tăng thêm giá trị tối đa cho phép của khe hở.Lấy hợp kim Inconel làm ví dụ, khe hở tối đa của khớp Inconel được hàn bằng b-ni82crsib có thể đạt 90um sau khi xử lý khuếch tán ở 1000 ℃ trong 1H;Tuy nhiên, đối với các khớp được hàn bằng b-ni71crsib, khoảng trống tối đa là khoảng 50um sau khi xử lý khuếch tán ở 1000 ℃ trong 1H.
3) Kết nối pha lỏng thoáng qua Kết nối pha lỏng thoáng qua sử dụng hợp kim xen kẽ (dày khoảng 2,5 ~ 100um) có điểm nóng chảy thấp hơn kim loại cơ bản làm kim loại phụ.Dưới áp suất nhỏ (0 ~ 0,007mpa) và nhiệt độ thích hợp (1100 ~ 1250 ℃), vật liệu xen kẽ trước tiên sẽ nóng chảy và làm ẩm kim loại cơ bản.Do sự khuếch tán nhanh của các phần tử, quá trình đông đặc đẳng nhiệt xảy ra tại mối nối tạo thành mối nối.Phương pháp này làm giảm đáng kể yêu cầu ăn khớp của bề mặt kim loại cơ bản và giảm áp suất hàn.Các thông số chính của kết nối pha lỏng thoáng qua là áp suất, nhiệt độ, thời gian giữ và thành phần của lớp xen kẽ.Áp dụng ít áp lực hơn để giữ cho bề mặt giao phối của mối hàn tiếp xúc tốt.Nhiệt độ và thời gian nung có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của khớp.Nếu mối nối được yêu cầu phải chắc chắn như kim loại cơ bản và không ảnh hưởng đến tính năng của kim loại cơ bản, các thông số quá trình kết nối về nhiệt độ cao (chẳng hạn như ≥ 1150 ℃) và thời gian dài (chẳng hạn như 8 ~ 24 giờ) phải là con nuôi;Nếu chất lượng kết nối của mối nối bị giảm hoặc kim loại cơ bản không thể chịu được nhiệt độ cao, thì nhiệt độ thấp hơn (1100 ~ 1150 ℃) và thời gian ngắn hơn (1 ~ 8 giờ) sẽ được sử dụng.Lớp trung gian phải lấy thành phần kim loại cơ bản được kết nối làm thành phần cơ bản và thêm các nguyên tố làm mát khác nhau, chẳng hạn như B, Si, Mn, Nb, v.v. Ví dụ, thành phần của hợp kim Udimet là ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, và thành phần của lớp trung gian cho kết nối pha lỏng nhất thời là b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Tất cả các nguyên tố này có thể làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Ni Cr hoặc Ni Cr Co xuống thấp nhất, nhưng ảnh hưởng của B là rõ ràng nhất.Ngoài ra, tốc độ khuếch tán cao của B có thể nhanh chóng làm đồng nhất hợp kim xen kẽ và kim loại cơ bản.
Thời gian đăng: Tháng 6-13-2022