Пайка суперсплаваў

Пайка суперсплаваў

(1) Характарыстыкі паяння Суперсплавы можна падзяліць на тры катэгорыі: на аснове нікеля, жалеза і кобальту. Яны валодаюць добрымі механічнымі ўласцівасцямі, устойлівасцю да акіслення і карозіі пры высокіх тэмпературах. Нікелевыя сплавы найбольш шырока выкарыстоўваюцца ў практычнай вытворчасці.

Суперсплавы ўтрымліваюць больш хрому, і падчас награвання на паверхні ўтвараецца аксідная плёнка Cr2O3, якую цяжка выдаліць. Нікелевыя суперсплавы ўтрымліваюць Al і Ti, якія лёгка акісляюцца пры награванні. Такім чынам, прадухіленне або памяншэнне акіслення суперсплаваў падчас награвання і выдаленне аксіднай плёнкі з'яўляюцца асноўнай праблемай падчас паяння. Паколькі бура або борная кіслата ў флюсе могуць выклікаць карозію асноўнага металу пры тэмпературы паяння, бор, які выпадае ў асадак пасля рэакцыі, можа пранікаць у асноўны метал, што прыводзіць да міжкрышталітнай інфільтрацыі. Для літых нікелевых сплаваў з высокім утрыманнем Al і Ti ступень вакууму ў гарачым стане падчас паяння павінна быць не меншай за 10⁻² ~ 10⁻³Па, каб пазбегнуць акіслення паверхні сплаву падчас награвання.

Для нікелевых сплаваў, умацаваных на раствор і дысперсійна-ўмацаваных, тэмпература паяння павінна адпавядаць тэмпературы нагрэву пры апрацоўцы на раствор, каб забяспечыць поўнае растварэнне элементаў сплаву. Калі тэмпература паяння занадта нізкая, элементы сплаву не могуць цалкам растварыцца; калі тэмпература паяння занадта высокая, зерне асноўнага металу будзе расці, і ўласцівасці матэрыялу не аднаўляцца нават пасля тэрмічнай апрацоўкі. Тэмпература цвёрдага раствора літых сплаваў высокая, што звычайна не ўплывае на ўласцівасці матэрыялу з-за занадта высокай тэмпературы паяння.

Некаторыя суперсплавы на аснове нікеля, асабліва сплавы, умацаваныя дысперсійным умацаваннем, маюць тэндэнцыю да расколін пад напружаннем. Перад пайкай неабходна цалкам зняць напружанне, якое ўтварылася ў працэсе, а тэрмічнае напружанне падчас пайкі павінна быць мінімізавана.

(2) Прыпой на аснове нікеля можна прыпаяць з дапамогай срэбнага сплаву, чыстай меддзі, нікелевага сплаву і актыўнага прыпою. Калі рабочая тэмпература злучэння невысокая, можна выкарыстоўваць матэрыялы на аснове срэбра. Існуе мноства відаў прыпояў на аснове срэбра. Каб паменшыць унутраныя напружанні падчас паяння, лепш за ўсё выбіраць прыпой з нізкай тэмпературай плаўлення. Флюс Fb101 можна выкарыстоўваць для паяння з прыпоем на аснове срэбра. Флюс Fb102 выкарыстоўваецца для паяння дысперсійна ўмацаваных суперсплаваў з найвышэйшым утрыманнем алюмінію з даданнем 10% ~ 20% сілікату натрыю або алюмініевага флюсу (напрыклад, FB201). Калі тэмпература паяння перавышае 900 ℃, варта выбіраць флюс Fb105.

Пры пайцы ў вакууме або ахоўнай атмасферы ў якасці прысаднага металу можна выкарыстоўваць чыстую медзь. Тэмпература пайкі складае 1100 ~ 1150 ℃, і злучэнне не будзе выклікаць расколін ад напружання, але рабочая тэмпература не павінна перавышаць 400 ℃.

Нікелевы прыпой з'яўляецца найбольш распаўсюджаным прыпоем у суперсплавах дзякуючы яго добрым характарыстыкам пры высокіх тэмпературах і адсутнасці расколін ад напружання падчас пайкі. Асноўнымі элементамі сплаву ў нікелевым прыпоі з'яўляюцца Cr, Si, B, а невялікая колькасць прыпою таксама змяшчае Fe, W і г.д. У параўнанні з ni-cr-si-b, прыпой b-ni68crwb можа паменшыць міжкрышталітную інфільтрацыю B у асноўны метал і павялічыць інтэрвал тэмператур плаўлення. Гэта прыпой для пайкі высокатэмпературных рабочых дэталяў і лапатак турбін. Аднак цякучасць прыпою, які змяшчае W, пагаршаецца, і зазор у злучэнні цяжка кантраляваць.

Актыўны дыфузійны прыпой не ўтрымлівае крэмнію і мае выдатную ўстойлівасць да акіслення і вулканізацыі. Тэмпературу пайкі можна выбраць ад 1150 ℃ да 1218 ℃ у залежнасці ад тыпу прыпоя. Пасля пайкі, пасля дыфузійнай апрацоўкі пры тэмпературы 1066 ℃, можна атрымаць паянае злучэнне з такімі ж уласцівасцямі, як і асноўны метал.

(3) Працэс паяння нікелевых сплаваў можа ажыццяўляцца шляхам паяння ў ахоўнай атмасферы печы, вакуумнай паяння і пераходнага злучэння ў вадкай фазе. Перад паяннем паверхню неабходна абястлусціць і выдаліць аксід шляхам паліроўкі наждачнай паперай, паліроўкі лямцам, ачысткі ацэтонам і хімічнай ачысткі. Пры выбары параметраў працэсу паяння варта ўлічваць, што тэмпература нагрэву не павінна быць занадта высокай, а час паяння павінен быць кароткім, каб пазбегнуць моцнай хімічнай рэакцыі паміж флюсам і асноўным металам. Каб прадухіліць расколіны ў асноўным метале, халоднаапрацаваныя дэталі павінны быць зняты з напружання перад зваркай, і нагрэў зваркі павінен быць максімальна раўнамерным. Для дысперсійна ўмацаваных суперсплаваў дэталі спачатку павінны быць падвергнуты апрацоўцы цвёрдым растворам, затым паяны пры тэмпературы крыху вышэйшай за апрацоўку старэннем, і, нарэшце, апрацоўцы старэннем.

1) Пайка ў ахоўнай атмасферы печы Пайка ў ахоўнай атмасферы печы патрабуе высокай чысціні ахоўнага газу. Для суперсплаваў з w (AL) і w (TI) менш за 0,5% тэмпература расы павінна быць ніжэй за -54 ℃ пры выкарыстанні вадароду або аргону. Пры павелічэнні ўтрымання Al і Ti паверхня сплаву ўсё роўна акісляецца пры награванні. Неабходна прыняць наступныя меры: дадаць невялікую колькасць флюсу (напрыклад, fb105) і выдаліць аксідную плёнку з дапамогай флюсу; нанесці пакрыццё таўшчынёй 0,025 ~ 0,038 мм на паверхню дэталяў; загадзя распыліць прыпой на паверхню матэрыялу, які падлягае паянню; дадаць невялікую колькасць флюсу, напрыклад, трыфтарыду бору.

2) Вакуумная пайка Вакуумная пайка шырока выкарыстоўваецца для дасягнення лепшага ахоўнага эфекту і якасці пайкі. Глядзіце табліцу 15 для механічных уласцівасцей тыповых злучэнняў суперсплаваў на аснове нікеля. Для суперсплаваў з w (AL) і w (TI) менш за 4% лепш наносіць гальванічным спосабам пласт нікеля таўшчынёй 0,01 ~ 0,015 мм на паверхню, хоць змочванне прыпою можна забяспечыць без спецыяльнай папярэдняй апрацоўкі. Калі w (AL) і w (TI) перавышаюць 4%, таўшчыня нікелевага пакрыцця павінна складаць 0,020,03 мм. Занадта тонкае пакрыццё не мае ахоўнага эфекту, а занадта тоўстае пакрыццё знізіць трываласць злучэння. Звараныя дэталі таксама можна змясціць у камеру для вакуумнай пайкі. Камера павінна быць запоўнена гетэрам. Напрыклад, Zr паглынае газ пры высокай тэмпературы, што можа ўтварыць лакальны вакуум у камеры, тым самым прадухіляючы акісленне паверхні сплаву.

Табліца 15. Механічныя ўласцівасці вакуумных паяных злучэнняў тыповых нікелевых суперсплаваў

Мікраструктура і трываласць паянага злучэння суперсплаву змяняюцца ў залежнасці ад зазору паяння, і дыфузійная апрацоўка пасля паяння яшчэ больш павялічвае максімальна дапушчальнае значэнне зазору злучэння. У якасці прыкладу, калі ў сплаве Inconel максімальная зазор злучэння Inconel, паянага з дапамогай b-ni82crsib, можа дасягаць 90 мкм пасля дыфузійнай апрацоўкі пры тэмпературы 1000 ℃ на працягу 1 гадзіны; аднак для злучэнняў, паяных з дапамогай b-ni71crsib, максімальная зазор складае каля 50 мкм пасля дыфузійнай апрацоўкі пры тэмпературы 1000 ℃ на працягу 1 гадзіны.

3) Часовае злучэнне ў вадкай фазе Пры часовым злучэнні ў вадкай фазе ў якасці прысадачнага металу выкарыстоўваецца прамежкавы сплаў (таўшчынёй каля 2,5 ~ 100 мкм), тэмпература плаўлення якога ніжэйшая за асноўны метал. Пры невялікім ціску (0 ~ 0,007 МПа) і адпаведнай тэмпературы (1100 ~ 1250 ℃) прамежкавы матэрыял спачатку плавіцца і ўвільгатняе асноўны метал. З-за хуткай дыфузіі элементаў у месцы злучэння адбываецца ізатэрмічнае зацвярдзенне, утвараючы злучэнне. Гэты метад значна зніжае патрабаванні да супадзення паверхні асноўнага металу і зніжае ціск зваркі. Асноўнымі параметрамі часовага злучэння ў вадкай фазе з'яўляюцца ціск, тэмпература, час вытрымкі і склад прамежкавага пласта. Прыкладвайце меншы ціск, каб падтрымліваць добры кантакт спалучаных паверхняў зварнога шкла. Тэмпература і час нагрэву аказваюць вялікі ўплыў на характарыстыкі злучэння. Калі патрабуецца, каб злучэнне было такім жа трывалым, як і асноўны метал, і не ўплывала на яго характарыстыкі, неабходна выкарыстоўваць параметры працэсу злучэння: высокую тэмпературу (напрыклад, ≥ 1150 ℃) і працяглы час (напрыклад, 8 ~ 24 гадзіны). Калі якасць злучэння зніжаецца або асноўны метал не можа вытрымліваць высокіх тэмператур, неабходна выкарыстоўваць больш нізкую тэмпературу (1100 ~ 1150 ℃) і больш кароткі час (1 ~ 8 гадзін). Прамежкавы пласт павінен узяць склад злучанага асноўнага металу ў якасці асноўнага складу і дадаць розныя астуджальныя элементы, такія як B, Si, Mn, Nb і г.д. Напрыклад, склад сплаву Udimet - ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, а склад прамежкавага пласта для пераходнага злучэння ў вадкай фазе - b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Усе гэтыя элементы могуць знізіць тэмпературу плаўлення сплаваў NiCr або NiCrCo да мінімуму, але ўплыў B найбольш відавочны. Акрамя таго, высокая хуткасць дыфузіі B можа хутка гамагенізаваць міжслаёвы сплаў і асноўны метал.