Lodning af superlegeringer
(1) Superlegeringer med lodningsegenskaber kan opdeles i tre kategorier: nikkelbaserede, jernbaserede og koboltbaserede. De har gode mekaniske egenskaber, oxidationsbestandighed og korrosionsbestandighed ved høje temperaturer. Nikkelbaserede legeringer er den mest anvendte i praktisk produktion.
Superlegeringen indeholder mere Cr, og der dannes en Cr2O3-oxidfilm på overfladen under opvarmning, som er vanskelig at fjerne. Nikkelbaserede superlegeringer indeholder Al og Ti, som let oxideres ved opvarmning. Derfor er det primære problem under lodning at forhindre eller reducere oxidationen af superlegeringer under opvarmning og at fjerne oxidfilmen. Da borax eller borsyre i fluxen kan forårsage korrosion af basismetallet ved loddetemperaturen, kan den bor, der udfældes efter reaktionen, trænge ind i basismetallet, hvilket resulterer i intergranulær infiltration. For støbte nikkelbaserede legeringer med højt Al- og Ti-indhold må vakuumgraden i varm tilstand ikke være mindre end 10⁻² ~ 10⁻³ Pa under lodning for at undgå oxidation på legeringsoverfladen under opvarmning.
For opløsningsforstærkede og udfældningsforstærkede nikkelbaserede legeringer skal loddetemperaturen være i overensstemmelse med opvarmningstemperaturen for opløsningsbehandlingen for at sikre fuldstændig opløsning af legeringselementerne. Loddetemperaturen er for lav, og legeringselementerne kan ikke opløses fuldstændigt. Hvis loddetemperaturen er for høj, vil basismetallet vokse op, og materialeegenskaberne vil ikke blive genoprettet, selv efter varmebehandling. Den faste opløsningstemperatur for støbte basislegeringer er høj, hvilket generelt ikke vil påvirke materialeegenskaberne på grund af en for høj loddetemperatur.
Nogle nikkelbaserede superlegeringer, især udfældningsforstærkede legeringer, har tendens til spændingsrevnedannelse. Før lodning skal den spænding, der dannes i processen, fjernes fuldstændigt, og den termiske spænding bør minimeres under lodning.
(2) Loddematerialer med nikkelbaseret legering kan loddes med sølvbaseret, rent kobber, nikkelbaseret og aktivt loddemetal. Når arbejdstemperaturen for samlingen ikke er høj, kan sølvbaserede materialer anvendes. Der findes mange typer sølvbaserede loddemetaller. For at reducere den indre spænding under lodning er det bedst at vælge loddemetal med lav smeltetemperatur. Fb101-flux kan bruges til lodning med sølvbaseret tilsatsmetal. Fb102-flux bruges til lodning af udfældningsforstærket superlegering med det højeste aluminiumindhold, hvortil 10% ~ 20% natriumsilikat eller aluminiumflux (såsom fb201) tilsættes. Når loddetemperaturen overstiger 900 ℃, skal fb105-flux vælges.
Ved lodning i vakuum eller beskyttende atmosfære kan rent kobber anvendes som loddetilsats. Loddetemperaturen er 1100 ~ 1150 ℃, og samlingen vil ikke danne spændingsrevner, men arbejdstemperaturen må ikke overstige 400 ℃.
Nikkelbaseret loddemetal er det mest almindeligt anvendte loddemetal i superlegeringer på grund af dets gode ydeevne ved høje temperaturer og ingen spændingsrevnedannelse under lodning. De vigtigste legeringselementer i nikkelbaseret loddemetal er Cr, Si, B, og en lille mængde loddemetal indeholder også Fe, W osv. Sammenlignet med ni-cr-si-b kan b-ni68crwb loddemetal reducere den intergranulære infiltration af B i basismetallet og øge smeltetemperaturintervallet. Det er et loddemetal til lodning af højtemperaturbearbejdningsdele og turbineblade. Flydeevnen af W-holdigt loddemetal forringes dog, og samlingsgabet er vanskeligt at kontrollere.
Det aktive diffusionslodningsfyldstof indeholder ikke Si-elementet og har fremragende oxidationsbestandighed og vulkaniseringsbestandighed. Loddetemperaturen kan vælges fra 1150 ℃ til 1218 ℃ afhængigt af loddetypen. Efter lodning kan den loddede samling med samme egenskaber som basismetallet opnås efter 1066 ℃ diffusionsbehandling.
(3) Lodningsprocessen med nikkelbaseret legering kan omfatte lodning i beskyttende atmosfæreovn, vakuumlodning og transient væskefaseforbindelse. Før lodning skal overfladen affedtes og oxid fjernes ved polering med sandpapir, polering med filtskiver, acetonrensning og kemisk rengøring. Ved valg af parametre for loddeprocessen skal det bemærkes, at opvarmningstemperaturen ikke bør være for høj, og at loddetiden bør være kort for at undgå en stærk kemisk reaktion mellem fluxen og basismetallet. For at forhindre revner i basismetallet skal de koldbehandlede dele spændingsaflastes før svejsning, og svejseopvarmningen skal være så ensartet som muligt. For udfældningsforstærkede superlegeringer skal delene først underkastes en fast opløsningsbehandling, derefter loddes ved en temperatur lidt højere end den forstærkende behandling og endelig en forstærkningsbehandling.
1) Lodning i ovn med beskyttende atmosfære Lodning i ovn med beskyttende atmosfære kræver beskyttelsesgas af høj renhed. For superlegeringer med w (AL) og w (TI) mindre end 0,5% skal dugpunktet være lavere end -54 ℃, når der anvendes hydrogen eller argon. Når indholdet af Al og Ti stiger, oxiderer legeringsoverfladen stadig ved opvarmning. Følgende foranstaltninger skal træffes; Tilsæt en lille mængde flux (såsom fb105) og fjern oxidfilmen med flux; 0,025 ~ 0,038 mm tyk belægning pletteres på overfladen af delene; Sprøjt loddet på overfladen af det materiale, der skal loddes, på forhånd; Tilsæt en lille mængde gasflux, såsom bortrifluorid.
2) Vakuumlodning Vakuumlodning anvendes i vid udstrækning for at opnå bedre beskyttelseseffekt og loddekvalitet. Se tabel 15 for de mekaniske egenskaber ved typiske nikkelbaserede superlegeringssamlinger. For superlegeringer med w (AL) og w (TI) mindre end 4% er det bedre at galvanisere et lag på 0,01 ~ 0,015 mm nikkel på overfladen, selvom befugtning af loddet kan sikres uden særlig forbehandling. Når w (AL) og w (TI) overstiger 4%, skal tykkelsen af nikkelbelægningen være 0,020,03 mm. En for tynd belægning har ingen beskyttende effekt, og en for tyk belægning vil reducere samlingens styrke. De dele, der skal svejses, kan også placeres i kassen til vakuumlodning. Kassen skal fyldes med getter. For eksempel absorberer Zr gas ved høj temperatur, hvilket kan danne et lokalt vakuum i kassen og dermed forhindre oxidation af legeringsoverfladen.
Tabel 15 mekaniske egenskaber ved vakuumloddede samlinger af typiske nikkelbaserede superlegeringer
Mikrostrukturen og styrken af den loddede samling af superlegering ændrer sig med loddespalten, og diffusionsbehandlingen efter lodning vil yderligere øge den maksimalt tilladte værdi af samlingsspalten. Med Inconel-legering som eksempel kan det maksimale mellemrum for en Inconel-samling loddet med b-ni82crsib nå 90 µm efter diffusionsbehandling ved 1000 ℃ for 1H. For samlinger loddet med b-ni71crsib er det maksimale mellemrum dog omkring 50 µm efter diffusionsbehandling ved 1000 ℃ for 1H.
3) Transient flydende faseforbindelse Transient flydende faseforbindelse bruger en mellemlagslegering (ca. 2,5 ~ 100 µm tyk), hvis smeltepunkt er lavere end basismetallet, som fyldstof. Under et lavt tryk (0 ~ 0,007 mpa) og en passende temperatur (1100 ~ 1250 ℃) smelter mellemlagsmaterialet først og fugter basismetallet. På grund af den hurtige diffusion af elementerne sker der isotermisk størkning ved samlingen, hvilket danner samlingen. Denne metode reducerer i høj grad kravene til matchning af basismetallets overflade og reducerer svejsetrykket. Hovedparametrene for transient flydende faseforbindelse er tryk, temperatur, holdetid og mellemlagets sammensætning. Påfør mindre tryk for at holde svejsestykkets kontaktflade i god kontakt. Opvarmningstemperatur og -tid har stor indflydelse på samlingens ydeevne. Hvis samlingen skal være lige så stærk som basismetallet og ikke påvirker basismetallets ydeevne, skal forbindelsesprocesparametrene høj temperatur (såsom ≥ 1150 ℃) og lang tid (såsom 8 ~ 24 timer) anvendes. Hvis samlingens forbindelseskvalitet er reduceret, eller basismetallet ikke kan modstå høj temperatur, skal en lavere temperatur (1100 ~ 1150 ℃) og en kortere tid (1 ~ 8 timer) anvendes. Mellemlaget skal have den tilsluttede basismetals sammensætning som den grundlæggende sammensætning og tilføje forskellige køleelementer, såsom B, Si, Mn, Nb osv. For eksempel er sammensætningen af Udimet-legeringen ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, og sammensætningen af mellemlaget til transient flydende faseforbindelse er b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Alle disse elementer kan reducere smeltetemperaturen for NiCr- eller NiCrCo-legeringer til det laveste, men effekten af B er den mest åbenlyse. Derudover kan den høje diffusionshastighed af B hurtigt homogenisere mellemlagslegeringen og basismetallet.
Opslagstidspunkt: 13. juni 2022