Pájení superslitin

Pájení superslitin

(1) Vlastnosti pájení superslitiny lze rozdělit do tří kategorií: na bázi niklu, na bázi železa a na bázi kobaltu.Mají dobré mechanické vlastnosti, odolnost proti oxidaci a korozi při vysokých teplotách.V praktické výrobě je nejrozšířenější slitina na bázi niklu.

Superslitina obsahuje více Cr a na povrchu se při ohřevu tvoří obtížně odstranitelný oxidový film Cr2O3.Superslitiny na bázi niklu obsahují Al a Ti, které při zahřívání snadno oxidují.Primárním problémem při pájení je tedy zabránit nebo snížit oxidaci superslitin během ohřevu a odstranit oxidový film.Protože borax nebo kyselina boritá v tavidle mohou způsobit korozi základního kovu při teplotě pájení, může bor vysrážený po reakci proniknout do základního kovu, což má za následek mezikrystalovou infiltraci.U slitin na bázi litého niklu s vysokým obsahem Al a Ti nesmí být stupeň vakua v horkém stavu během pájení menší než 10-2 ~ 10-3pa, aby se zabránilo oxidaci na povrchu slitiny během ohřevu.

U slitin zpevněných roztokem a precipitací zpevněných slitin na bázi niklu by teplota pájení měla být v souladu s teplotou ohřevu při zpracování roztokem, aby se zajistilo úplné rozpuštění prvků slitiny.Teplota pájení je příliš nízká a slitinové prvky nelze zcela rozpustit;Pokud je teplota pájení příliš vysoká, zrno obecného kovu naroste a vlastnosti materiálu se neobnoví ani po tepelném zpracování.Teplota tuhého roztoku litých základních slitin je vysoká, což obecně neovlivní vlastnosti materiálu v důsledku příliš vysoké teploty pájení.

Některé superslitiny na bázi niklu, zejména precipitačně zpevněné slitiny, mají tendenci k praskání pod napětím.Před pájením musí být napětí vzniklé v procesu zcela odstraněno a tepelné pnutí by mělo být během pájení minimalizováno.

(2) Pájecí materiál slitina na bázi niklu může být pájena se stříbrnou bází, čistou mědí, niklovou bází a aktivní pájkou.Pokud není pracovní teplota spoje vysoká, lze použít materiály na bázi stříbra.Existuje mnoho druhů pájek na bázi stříbra.Aby se snížilo vnitřní pnutí při pájení natvrdo, je nejlepší zvolit pájku s nízkou teplotou tavení.Tavidlo Fb101 lze použít pro pájení s přídavným kovem na bázi stříbra.Tavidlo Fb102 se používá pro tvrdé pájení precipitací zpevněné superslitiny s nejvyšším obsahem hliníku a přidává se 10 % až 20 % křemičitanu sodného nebo tavidla hliníku (jako je fb201).Když teplota pájení překročí 900 ℃, je třeba zvolit tavidlo fb105.

Při pájení ve vakuu nebo ochranné atmosféře lze jako přídavný kov pro pájení použít čistou měď.Teplota pájení je 1100 ~ 1150 ℃ a spoj nevyvolává praskání napětím, ale pracovní teplota nesmí překročit 400 ℃.

Přídavný kov pro tvrdé pájení na bázi niklu je nejběžněji používaným přídavným kovem pro tvrdé pájení ve slitinách Superalloys, protože má dobré vlastnosti při vysokých teplotách a nedochází k praskání při pájení.Hlavní slitinové prvky v pájce na bázi niklu jsou Cr, Si, B a malé množství pájky také obsahuje Fe, W atd. Ve srovnání s ni-cr-si-b může b-ni68crwb pájecí přídavný kov snížit mezikrystalovou infiltraci B do základního kovu a zvyšte interval teploty tavení.Jedná se o pájecí přídavný kov pro pájení vysokoteplotních pracovních částí a lopatek turbíny.Tekutost pájky obsahující W se však zhoršuje a spára se obtížně kontroluje.

Aktivní difúzní pájecí přídavný kov neobsahuje Si prvek a má vynikající odolnost proti oxidaci a vulkanizaci.Teplotu pájení lze zvolit od 1150 ℃ do 1218 ℃ podle typu pájky.Po pájení lze pájený spoj se stejnými vlastnostmi jako základní kov získat po difúzní úpravě 1066 ℃.

(3) Proces pájení slitiny na bázi niklu může přijmout pájení v peci s ochrannou atmosférou, vakuové pájení a přechodné připojení kapalné fáze.Před pájením je nutné povrch odmastit a odstranit oxidy leštěním brusným papírem, leštěním plstěných kotoučů, drhnutím acetonem a chemickým čištěním.Při výběru parametrů procesu pájení je třeba poznamenat, že teplota ohřevu by neměla být příliš vysoká a doba pájení by měla být krátká, aby se zabránilo silné chemické reakci mezi tavidlem a základním kovem.Aby se zabránilo popraskání základního kovu, musí být díly zpracované za studena před svařováním zbaveny pnutí a ohřev svařování musí být co nejrovnoměrnější.U precipitačně zpevněných superslitin musí být díly nejprve podrobeny ošetření v tuhém roztoku, poté pájeno natvrdo při teplotě mírně vyšší, než je ošetření zpevnění stárnutím, a nakonec ošetření stárnutím.

1) Pájení v peci s ochrannou atmosférou Pájení v peci s ochrannou atmosférou vyžaduje vysokou čistotu ochranného plynu.U vysoce legovaných slitin s w (AL) a w (TI) nižšími než 0,5 % musí být rosný bod nižší než -54 °C, pokud se použije vodík nebo argon.Při zvýšení obsahu Al a Ti povrch slitiny při zahřívání stále oxiduje.Musí být přijata následující opatření;Přidejte malé množství tavidla (jako je fb105) a odstraňte oxidový film tavidlem;Na povrchu dílů je pokoven povlak o tloušťce 0,025 ~ 0,038 mm;Nastříkejte pájku předem na povrch pájeného materiálu;Přidejte malé množství toku plynu, jako je fluorid boritý.

2) Vakuové pájení Vakuové pájení je široce používáno pro dosažení lepšího ochranného účinku a kvality pájení.V tabulce 15 jsou uvedeny mechanické vlastnosti typických spojů superslitin na bázi niklu.U superslitin s w (AL) a w (TI) menším než 4% je lepší galvanicky nanést na povrch vrstvu 0,01 ~ 0,015 mm niklu, i když smáčení pájky lze zajistit bez speciální předúpravy.Když w (AL) a w (TI) překročí 4 %, tloušťka niklového povlaku musí být 0,020,03 mm.Příliš tenký povlak nemá ochranný účinek a příliš silný povlak snižuje pevnost spoje.Díly určené ke svařování lze také umístit do boxu pro vakuové pájení.Krabice by měla být naplněna getrem.Například Zr absorbuje plyn při vysoké teplotě, který může vytvořit místní vakuum v krabici, a tím zabránit oxidaci povrchu slitiny.

Tabulka 15 mechanické vlastnosti vakuově pájených spojů typických superslitin na bázi niklu

Mikrostruktura a pevnost pájeného spoje Superalloy se mění s pájenou mezerou a difúzní úprava po pájení dále zvýší maximální přípustnou hodnotu spáry.Vezmeme-li jako příklad slitinu Inconel, maximální mezera spoje Inconel pájeného natvrdo b-ni82crsib může po difúzním ošetření při 1000 °C po dobu 1 hodiny dosáhnout 90 um;Avšak pro spoje pájené natvrdo b-ni71crsib je maximální mezera asi 50 um po difuzním ošetření při 1000 °C po dobu 1 hodiny.

3) Spojení přechodné kapalné fáze Spojení přechodné kapalné fáze používá mezivrstvovou slitinu (asi 2,5 ~ 100 um tlustou), jejíž bod tání je nižší než základní kov jako přídavný kov.Při malém tlaku (0 ~ 0,007 mpa) a vhodné teplotě (1100 ~ 1250 ℃) se mezivrstvový materiál nejprve roztaví a zvlhčí základní kov.V důsledku rychlé difúze prvků dochází ve spoji k izotermickému tuhnutí za vzniku spoje.Tato metoda výrazně snižuje požadavky na přizpůsobení povrchu základního kovu a snižuje svařovací tlak.Hlavní parametry přechodného spojení kapalné fáze jsou tlak, teplota, doba výdrže a složení mezivrstvy.Aplikujte menší tlak, aby se dosedací plocha svařence udržela v dobrém kontaktu.Teplota a doba ohřevu mají velký vliv na výkon spoje.Pokud je požadováno, aby spoj byl stejně pevný jako základní kov a neovlivnil výkon základního kovu, musí být parametry procesu spojování vysoká teplota (jako je ≥ 1150 ℃) a dlouhá doba (například 8 ~ 24 h). přijatá;Pokud je kvalita spoje snížena nebo základní kov nemůže odolat vysoké teplotě, je třeba použít nižší teplotu (1100 ~ 1150 ℃) a kratší dobu (1 ~ 8h).Mezivrstva bude mít jako základní složení spojené složení obecného kovu a přidá různé chladící prvky, jako je B, Si, Mn, Nb atd. Například složení slitiny Udimet je ni-15cr-18,5co-4,3 al-3.3ti-5mo a složení mezivrstvy pro přechodné spojení kapalné fáze je b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Všechny tyto prvky mohou snížit teplotu tavení slitin Ni Cr nebo Ni Cr Co na nejnižší hodnotu, ale vliv B je nejzřetelnější.Kromě toho může vysoká rychlost difúze B rychle homogenizovat mezivrstvovou slitinu a základní kov.