لحیم کاری سوپرآلیاژها

لحیم کاری سوپرآلیاژها

(1) ویژگی های لحیم کاری سوپرآلیاژها را می توان به سه دسته تقسیم کرد: پایه نیکل، پایه آهن و پایه کبالت.آنها دارای خواص مکانیکی خوب، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بالا هستند.آلیاژ پایه نیکل بیشترین استفاده را در تولید عملی دارد.

سوپر آلیاژ حاوی کروم بیشتری است و لایه اکسید Cr2O3 که جدا کردن آن دشوار است در هنگام گرم شدن روی سطح تشکیل می شود.سوپرآلیاژهای پایه نیکل حاوی آل و تیتانیم هستند که در هنگام حرارت دادن به راحتی اکسید می شوند.بنابراین، جلوگیری یا کاهش اکسیداسیون سوپرآلیاژها در حین حرارت دادن و حذف لایه اکسیدی مشکل اصلی در هنگام لحیم کاری است.از آنجایی که بوراکس یا اسید بوریک در شار می تواند باعث خوردگی فلز پایه در دمای لحیم کاری شود، بور رسوب شده پس از واکنش می تواند به فلز پایه نفوذ کند و در نتیجه نفوذ بین دانه ای ایجاد شود.برای آلیاژهای پایه نیکل ریخته گری با محتوای آلی و تیتانیم بالا، درجه خلاء در حالت گرم نباید کمتر از 10-2 ~ 10-3pa در حین لحیم کاری باشد تا از اکسید شدن روی سطح آلیاژ در حین حرارت دادن جلوگیری شود.

برای آلیاژهای پایه نیکل تقویت شده با محلول و بارندگی، دمای لحیم کاری باید با دمای گرمایش محلول سازگار باشد تا از انحلال کامل عناصر آلیاژی اطمینان حاصل شود.دمای لحیم کاری بسیار پایین است و عناصر آلیاژی نمی توانند به طور کامل حل شوند.اگر دمای لحیم کاری بیش از حد بالا باشد، دانه فلز پایه رشد می کند و خواص مواد حتی پس از عملیات حرارتی بازیابی نمی شود.دمای محلول جامد آلیاژهای پایه ریختگی بالا است، که به طور کلی به دلیل دمای بیش از حد لحیم کاری بر روی خواص مواد تأثیر نمی گذارد.

برخی از سوپرآلیاژهای پایه نیکل، به ویژه آلیاژهای تقویت شده با بارش، تمایل به ترک تنشی دارند.قبل از لحیم کاری، تنش ایجاد شده در فرآیند باید به طور کامل حذف شود و تنش حرارتی باید در حین لحیم کاری به حداقل برسد.

(2) آلیاژ پایه نیکل مواد لحیم کاری را می توان با پایه نقره، مس خالص، پایه نیکل و لحیم کاری فعال لحیم کاری کرد.هنگامی که دمای کار اتصال بالا نیست، می توان از مواد مبتنی بر نقره استفاده کرد.انواع مختلفی از لحیم کاری بر پایه نقره وجود دارد.به منظور کاهش تنش داخلی در هنگام گرمایش لحیم کاری، بهتر است لحیم کاری با دمای ذوب پایین انتخاب شود.فلاکس Fb101 را می توان برای لحیم کاری با فلز پرکننده پایه نقره ای استفاده کرد.شار Fb102 برای لحیم کاری سوپرآلیاژ تقویت شده با بارش با بالاترین محتوای آلومینیوم استفاده می شود و 10٪ تا 20٪ سیلیکات سدیم یا فلاکس آلومینیوم (مانند fb201) اضافه می شود.هنگامی که دمای لحیم کاری از 900 ℃ فراتر رفت، شار fb105 باید انتخاب شود.

هنگام لحیم کاری در خلاء یا فضای محافظ، مس خالص را می توان به عنوان فلز پرکننده لحیم کاری استفاده کرد.دمای لحیم کاری 1100 ~ 1150 ℃ است و اتصال ترک خوردگی استرس ایجاد نمی کند، اما دمای کار نباید از 400 ℃ تجاوز کند.

فلز پرکننده لحیم کاری پایه نیکل به دلیل عملکرد خوب در دمای بالا و عدم ترک تنش در حین لحیم کاری، متداول ترین فلز پرکننده لحیم کاری در سوپرآلیاژها است.عناصر آلیاژی اصلی در لحیم کاری پایه نیکل عبارتند از Cr، Si، B، و مقدار کمی از لحیم حاوی Fe، W و غیره نیز می باشد. در مقایسه با ni-cr-si-b، فلز پرکننده لحیم کاری b-ni68crwb می تواند نفوذ بین دانه ای را کاهش دهد. B را وارد فلز پایه کرده و فاصله دمای ذوب را افزایش دهید.این یک فلز پرکننده لحیم کاری برای لحیم کاری قطعات کاری با دمای بالا و پره های توربین است.با این حال، سیالیت لحیم کاری حاوی W بدتر می شود و کنترل شکاف مفصل دشوار است.

فلز پرکننده لحیم کاری پخش فعال حاوی عنصر Si نیست و دارای مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر ولکانیزاسیون است.دمای لحیم کاری را می توان از 1150 ℃ تا 1218 ℃ با توجه به نوع لحیم کاری انتخاب کرد.پس از لحیم کاری، اتصال لحیم کاری شده با همان خواص فلز پایه را می توان پس از عملیات انتشار 1066 ℃ به دست آورد.

(3) فرآیند لحیم کاری آلیاژ پایه نیکل می تواند لحیم کاری را در کوره اتمسفر محافظ، لحیم کاری خلاء و اتصال فاز مایع گذرا اتخاذ کند.قبل از لحیم کاری، سطح باید با پرداخت سنباده، پولیش چرخ نمدی، شستشو با استون و تمیز کردن شیمیایی، چربی زدایی شده و اکسید حذف شود.هنگام انتخاب پارامترهای فرآیند لحیم کاری، باید توجه داشت که دمای حرارت دادن نباید خیلی بالا باشد و زمان لحیم کاری باید کوتاه باشد تا از واکنش شیمیایی قوی بین شار و فلز پایه جلوگیری شود.به منظور جلوگیری از ترک خوردن فلز پایه، قطعات فرآوری شده در سرد باید قبل از جوشکاری تنش زدوده شوند و حرارت جوش تا حد امکان یکنواخت باشد.برای سوپرآلیاژهای تقویت شده با بارش، قطعات ابتدا باید تحت عملیات محلول جامد قرار گیرند، سپس در دمای کمی بالاتر از تیمار تقویت پیری لحیم کاری شوند، و در نهایت عملیات پیری.

1) لحیم کاری در کوره اتمسفر محافظ لحیم کاری در کوره اتمسفر محافظ نیاز به خلوص بالای گاز محافظ دارد.برای سوپرآلیاژهایی با w (AL) و w (TI) کمتر از 0.5٪، نقطه شبنم باید کمتر از -54 ℃ در هنگام استفاده از هیدروژن یا آرگون باشد.هنگامی که میزان آلیاژ و تیتانیم افزایش می یابد، سطح آلیاژ هنگام گرم شدن همچنان اکسید می شود.اقدامات زیر باید انجام شود؛مقدار کمی شار (مانند fb105) اضافه کنید و فیلم اکسید را با فلاکس بردارید.پوشش 0.025 ~ 0.038 میلی متر ضخامت بر روی سطح قطعات آبکاری شده است.لحیم کاری را روی سطح ماده ای که باید از قبل لحیم کاری شود اسپری کنید.مقدار کمی شار گاز مانند تری فلوراید بور اضافه کنید.

2) لحیم کاری خلاء لحیم کاری خلاء به طور گسترده ای برای به دست آوردن اثر حفاظتی بهتر و کیفیت لحیم کاری استفاده می شود.برای خواص مکانیکی اتصالات سوپرآلیاژ پایه نیکل معمولی جدول 15 را ببینید.برای سوپرآلیاژهایی با w (AL) و w (TI) کمتر از 4٪، بهتر است لایه‌ای از 0.01 ~ 0.015 میلی‌متر نیکل روی سطح آبکاری شود، اگرچه می‌توان از خیس شدن لحیم‌کاری بدون پیش تصفیه خاص اطمینان حاصل کرد.هنگامی که w (AL) و w (TI) از 4٪ تجاوز کند، ضخامت پوشش نیکل باید 0.020.03 میلی متر باشد.پوشش بیش از حد نازک اثر محافظتی ندارد و پوشش بیش از حد ضخیم استحکام مفصل را کاهش می دهد.قطعاتی که باید جوش داده شوند را می توان در جعبه برای لحیم کاری خلاء نیز قرار داد.جعبه باید با گیرنده پر شود.به عنوان مثال، Zr گاز را در دمای بالا جذب می کند، که می تواند یک خلاء موضعی در جعبه ایجاد کند، بنابراین از اکسید شدن سطح آلیاژ جلوگیری می کند.

جدول 15 خواص مکانیکی اتصالات لحیم شده خلاء سوپرآلیاژهای پایه نیکل معمولی

ریزساختار و استحکام اتصال لحیم کاری شده سوپرآلیاژ با شکاف لحیم کاری تغییر می کند و عملیات انتشار پس از لحیم کاری باعث افزایش بیشتر حداکثر مقدار مجاز شکاف اتصال می شود.با در نظر گرفتن آلیاژ Inconel به عنوان مثال، حداکثر فاصله اتصال Inconel لحیم کاری شده با b-ni82crsib می تواند پس از عملیات انتشار در 1000 ℃ برای 1H به 90um برسد.با این حال، برای مفاصل لحیم کاری شده با b-ni71crsib، حداکثر فاصله حدود 50 میلی متر پس از درمان انتشار در 1000 درجه سانتیگراد برای 1H است.

3) اتصال فاز مایع گذرا اتصال فاز مایع گذرا از آلیاژ بین لایه ای (حدود 2.5 ~ 100 میلی متر ضخامت) استفاده می کند که نقطه ذوب آن کمتر از فلز پایه به عنوان فلز پرکننده است.تحت فشار کوچک (0 ~ 0.007mpa) و دمای مناسب (1100 ~ 1250 ℃)، مواد بین لایه ابتدا فلز پایه را ذوب و مرطوب می کند.به دلیل انتشار سریع عناصر، انجماد همدما در محل اتصال رخ می دهد تا اتصال ایجاد شود.این روش الزامات تطبیق سطح فلز پایه را تا حد زیادی کاهش می دهد و فشار جوش را کاهش می دهد.پارامترهای اصلی اتصال فاز مایع گذرا عبارتند از فشار، دما، زمان نگهداری و ترکیب لایه میانی.فشار کمتری اعمال کنید تا سطح جفت گیری جوش در تماس خوبی باشد.دما و زمان گرمایش تاثیر زیادی بر عملکرد مفصل دارد.اگر لازم است اتصال به اندازه فلز پایه قوی باشد و بر عملکرد فلز پایه تأثیری نداشته باشد، پارامترهای فرآیند اتصال با دمای بالا (مانند ≥ 1150 ℃) و زمان طولانی (مانند 8 تا 24 ساعت) باید باشد. پذیرفته شداگر کیفیت اتصال اتصال کاهش یابد یا فلز پایه نتواند دمای بالا را تحمل کند، باید از دمای کمتر (1100 ~ 1150 ℃) و زمان کوتاهتر (1 ~ 8 ساعت) استفاده شود.لایه میانی باید ترکیب فلز پایه متصل را به عنوان ترکیب اصلی بگیرد و عناصر خنک کننده مختلفی مانند B، Si، منگنز، Nb و غیره را اضافه کند. به عنوان مثال، ترکیب آلیاژ Udimet ni-15cr-18.5co-4.3 است. al-3.3ti-5mo، و ترکیب لایه میانی برای اتصال فاز مایع گذرا b-ni62.5cr15co15mo5b2.5 است.همه این عناصر می توانند دمای ذوب آلیاژهای Ni Cr یا Ni Cr Co را به کمترین میزان کاهش دهند، اما تأثیر B واضح ترین است.علاوه بر این، سرعت انتشار بالای B می تواند به سرعت آلیاژ بین لایه ای و فلز پایه را همگن کند.