Пайка суперсплавов

Пайка суперсплавов

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

Суперсплав змяшчае больш Cr, і пры награванні на паверхні ўтвараецца плёнка аксіду Cr2O3, якую цяжка выдаліць.Суперсплавы на аснове нікеля ўтрымліваюць Al і Ti, якія лёгка акісляюцца пры награванні.Такім чынам, прадухіліць або паменшыць акісленне суперсплавов падчас награвання і выдаліць аксідную плёнку з'яўляецца асноўнай праблемай пры пайцы.Паколькі бура або борная кіслата ў складзе флюсу могуць выклікаць карозію асноўнага металу пры тэмпературы паяння, бор, які выпадае ў асадак пасля рэакцыі, можа пранікаць у асноўны метал, што прыводзіць да міжкрысталічнай інфільтрацыі.Для літых сплаваў на аснове нікелю з высокім утрыманнем Al і Ti ступень вакууму ў гарачым стане не павінна быць меншай за 10-2 ~ 10-3pa падчас пайкі, каб пазбегнуць акіслення на паверхні сплаву падчас награвання.

Для ўмацавання растворам і ападкамі сплаваў на аснове нікеля тэмпература пайкі павінна адпавядаць тэмпературы нагрэву апрацоўкі раствора, каб забяспечыць поўнае растварэнне элементаў сплаву.Тэмпература паяння занадта нізкая, і элементы сплаву не могуць цалкам растварыцца;Калі тэмпература паяння занадта высокая, зерне асноўнага металу вырасце, і ўласцівасці матэрыялу не адновяцца нават пасля тэрмічнай апрацоўкі.Тэмпература цвёрдага раствора літых асноўных сплаваў высокая, што звычайна не ўплывае на ўласцівасці матэрыялу з-за занадта высокай тэмпературы паяння.

Некаторыя суперсплавы на аснове нікеля, асабліва сплавы, умацаваныя ападкамі, маюць тэндэнцыю да парэпання пад напругай.Перад пайкай напружанне, якое ўтвараецца ў працэсе, павінна быць цалкам знята, а цеплавое напружанне павінна быць мінімізавана падчас пайкі.

(2) Матэрыял для паяння сплаў на аснове нікеля можа быць паяны срэбнай асновай, чыстай меддзю, нікелевай асновай і актыўным прыпоем.Калі рабочая тэмпература злучэння не высокая, можна выкарыстоўваць матэрыялы на аснове срэбра.Існуе шмат відаў прыпояў на аснове срэбра.Для памяншэння ўнутранага напружання пры нагрэве пайкі лепш за ўсё выбіраць прыпой з нізкай тэмпературай плаўлення.Флюс Fb101 можа быць выкарыстаны для пайкі прысадкавым металам на аснове срэбра.Флюс Fb102 выкарыстоўваецца для паяння суперсплаву, умацаванага асадкай, з самым высокім утрыманнем алюмінію, і дадаецца 10% ~ 20% сілікатаў натрыю або алюмініевага флюсу (напрыклад, fb201).Калі тэмпература паяння перавышае 900 ℃, павінен быць абраны флюс fb105.

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

Прысадны метал на аснове нікеля з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўваным прысадным металам у суперсплавах з-за яго добрых характарыстык пры высокіх тэмпературах і адсутнасці парэпання пад напругай падчас пайкі.Асноўнымі элементамі сплаву ў прыпоі на аснове нікелю з'яўляюцца Cr, Si, B, і невялікая колькасць прыпоя таксама змяшчае Fe, W і г.д. У параўнанні з ni-cr-si-b, прыпайны метал b-ni68crwb можа паменшыць міжкрышталітную інфільтрацыю B у асноўны метал і павялічыць інтэрвал тэмператур плаўлення.Гэта прыпойны метал для паяння высокатэмпературных рабочых частак і лапатак турбін.Аднак цякучасць W-змяшчальнага прыпоя пагаршаецца, і шчыліну злучэння цяжка кантраляваць.

Прысадак для актыўнай дыфузійнай пайкі не ўтрымлівае элемента Si і мае выдатную ўстойлівасць да акіслення і вулканізацыі.Тэмпература паяння можа быць выбрана ад 1150 ℃ да 1218 ℃ у залежнасці ад тыпу прыпоя.Пасля паяння прыпаянае злучэнне з такімі ж уласцівасцямі, што і асноўны метал, можа быць атрымана пасля дыфузійнай апрацоўкі пры 1066 ℃.

(3) Працэс паяння сплаву на аснове нікеля можа выкарыстоўваць пайку ў печы з ахоўнай атмасферай, вакуумную пайку і пераходнае злучэнне вадкай фазы.Перад пайкай неабходна абястлусціць паверхню і выдаліць аксід шляхам паліроўкі наждачнай паперай, паліроўкі лямцавых дыскаў, ачысткі ацэтонам і хімічнай ачысткі.Пры выбары параметраў працэсу паяння неабходна 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 парэпанне асноўнага металу, перад зваркай неабходна зняць напружанне з апрацаваных халодным спосабам металаў, а нагрэў пры зварцы павінен быць максімальна раўнамерным.Дэталі суперсплаваў, умацаваных ападкамі, спачатку падвяргаюцца апрацоўцы цвёрдым растворам, потым паянню пры тэмпературы, крыху вышэйшай за апрацоўку ўмацавання пры старэнні, і, нарэшце, апрацоўцы старэнню.

1) Пайка ў печы з ахоўнай атмасферай Пайка ў печы з ахоўнай атмасферай патрабуе высокай чысціні ахоўнага газу.Для суперсплаваў з w (AL) і w (TI) менш за 0,5%, кропка расы павінна быць ніжэй за -54 ℃ пры выкарыстанні вадароду або аргону.Калі ўтрыманне Al і Ti павялічваецца, паверхня сплаву ўсё яшчэ акісляецца пры награванні.Неабходна прыняць наступныя меры;Дадайце невялікую колькасць флюсу (напрыклад, fb105) і выдаліце ​​​​аксідную плёнку флюсам;Пакрыццё таўшчынёй 0,025 ~ 0,038 мм наносіцца на паверхню дэталяў;Загадзя распыліце прыпой на паверхню паянага матэрыялу;Дадайце невялікую колькасць газавага патоку, напрыклад, трохфтарыд бору.

2) Вакуумная пайка Вакуумная пайка шырока выкарыстоўваецца для атрымання лепшага ахоўнага эфекту і якасці пайкі.Глядзіце табліцу 15 з механічнымі ўласцівасцямі тыповых злучэнняў з суперсплава на аснове нікеля.Для суперсплаваў з w (AL) і w (TI) менш за 4 %, лепш нанесці на паверхню гальванічны пласт 0,01 ~ 0,015 мм нікеля, хоць змочванне прыпоя можа быць забяспечана 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 аказвае ахоўнага эфекту, а занадта тоўстае пакрыццё знізіць трываласць злучэння.Дэталі, якія зварваюцца, таксама можна змясціць у скрыню для вакуумнай пайкі.Скрыню варта запоўніць геттером.Напрыклад, Zr паглынае газ пры высокай тэмпературы, які можа ўтварыць мясцовы вакуум у скрынцы, такім чынам прадухіляючы акісленне паверхні сплаву.

Табліца 15. Механічныя ўласцівасці вакуумна паяных злучэнняў тыповых суперсплаваў на аснове нікелю

Мікраструктура і трываласць паянага злучэння суперсплаву змяняюцца з павелічэннем зазору пры пайцы, а дыфузійная апрацоўка пасля паяння яшчэ больш павялічыць максімальна дапушчальнае значэнне зазору злучэння.Прымаючы ў якасці прыкладу сплаў Inconel, максімальны зазор злучэння Inconel, спаянага b-ni82crsib, можа дасягаць 90 мкм пасля дыфузійнай апрацоўкі пры 1000 ℃ на працягу 1H;Аднак для злучэнняў, паяных b-ni71crsib, максімальны зазор складае каля 50 мкм пасля апрацоўкі дыфузіяй пры 1000 ℃ на працягу 1 гадзіны.

3) Пераходнае злучэнне вадкай фазы. Пераходнае злучэнне вадкай фазы выкарыстоўвае праслойны сплаў (таўшчынёй каля 2,5 ~ 100 мкм), тэмпература плаўлення якога ніжэй, чым у асноўнага металу, у якасці прысадачнага металу.Пад невялікім ціскам (0 ~ 0,007 МПа) і адпаведнай тэмпературай (1100 ~ 1250 ℃) матэрыял прамежкавага пласта 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 адпаведнасці паверхні асноўнага металу і зніжае ціск пры зварцы.Асноўнымі параметрамі пераходнага злучэння вадкай фазы з'яўляюцца ціск, тэмпература, час вытрымкі і склад праслойкі.Прымяняйце меншы ціск, каб падтрымліваць добры кантакт з спалучанай паверхняй зварнога шва.Тэмпература і час нагрэву аказваюць вялікі ўплыў на характарыстыкі злучэння.Калі патрабуецца, каб злучэнне было такім жа моцным, як і асноўны метал, і гэта не ўплывае на характарыстыкі асноўнага металу, параметры працэсу злучэння, такія як высокая тэмпература (напрыклад, ≥ 1150 ℃) і працяглы час (напрыклад, 8 ~ 24 гадзіны) павінны быць усыноўлена;Калі якасць злучэння злучэння пагаршаецца або асноўны метал не можа вытрымліваць высокую тэмпературу, трэба выкарыстоўваць больш нізкую тэмпературу (1100 ~ 1150 ℃) і меншы час (1 ~ 8 гадзін).Прамежкавы пласт павінен браць злучаны асноўны метал у якасці асноўнага складу і дадаваць розныя астуджальныя элементы, такія як B, Si, Mn, Nb і г.д. Напрыклад, склад сплаву Udimet: ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, а склад прамежкавага пласта для пераходнага злучэння вадкай фазы - b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Усе гэтыя элементы могуць знізіць тэмпературу плаўлення сплаваў Ni Cr або Ni Cr Co да самай нізкай, але эфект B найбольш відавочны.Акрамя таго, высокая хуткасць дыфузіі B можа хутка гамагенізаваць праслойны сплаў і асноўны метал.