Lodding av superlegeringer
(1) Superlegeringer med loddeegenskaper kan deles inn i tre kategorier: nikkelbasert, jernbasert og koboltbasert. De har gode mekaniske egenskaper, oksidasjonsmotstand og korrosjonsmotstand ved høye temperaturer. Nikkelbasert legering er den mest brukte i praktisk produksjon.
Superlegeringen inneholder mer Cr, og det dannes en Cr2O3-oksidfilm på overflaten under oppvarming, som er vanskelig å fjerne. Nikkelbaserte superlegeringer inneholder Al og Ti, som lett oksideres ved oppvarming. Derfor er det å forhindre eller redusere oksidasjon av superlegeringer under oppvarming og å fjerne oksidfilmen det primære problemet under lodding. Ettersom boraks eller borsyre i flussmiddelet kan forårsake korrosjon av basismetallet ved loddetemperaturen, kan boret som utfelles etter reaksjonen trenge inn i basismetallet, noe som resulterer i intergranulær infiltrasjon. For støpte nikkelbaserte legeringer med høyt Al- og Ti-innhold, skal vakuumgraden i varm tilstand ikke være mindre enn 10⁻² ~ 10⁻³ Pa under lodding for å unngå oksidasjon på legeringsoverflaten under oppvarming.
For løsningsforsterkede og utfellingsforsterkede nikkelbaserte legeringer bør loddetemperaturen være i samsvar med oppvarmingstemperaturen for løsningsbehandlingen for å sikre fullstendig oppløsning av legeringselementene. Loddetemperaturen er for lav, og legeringselementene kan ikke løses helt opp. Hvis loddetemperaturen er for høy, vil grunnmetallet vokse opp, og materialegenskapene vil ikke gjenopprettes selv etter varmebehandling. Den faste løsningstemperaturen for støpte legeringer er høy, noe som vanligvis ikke vil påvirke materialegenskapene på grunn av for høy loddetemperatur.
Noen nikkelbaserte superlegeringer, spesielt utfellingsforsterkede legeringer, har en tendens til spenningssprekker. Før lodding må spenningen som dannes i prosessen fjernes fullstendig, og termisk spenning bør minimeres under lodding.
(2) Loddemateriale med nikkelbasert legering kan loddes med sølvbasert, rent kobber, nikkelbasert og aktivt loddetinn. Når arbeidstemperaturen til skjøten ikke er høy, kan sølvbaserte materialer brukes. Det finnes mange typer sølvbaserte loddetinn. For å redusere den indre spenningen under lodding, er det best å velge loddetinn med lav smeltetemperatur. Fb101-flussmiddel kan brukes til lodding med sølvbasert fyllstoff. Fb102-flussmiddel brukes til lodding av utfellingsforsterket superlegering med høyest aluminiuminnhold, og 10 % ~ 20 % natriumsilikat eller aluminiumflussmiddel (som fb201) tilsettes. Når loddetemperaturen overstiger 900 ℃, bør fb105-flussmiddel velges.
Ved lodding i vakuum eller beskyttende atmosfære kan rent kobber brukes som tilsettmateriale for lodding. Loddingstemperaturen er 1100 ~ 1150 ℃, og skjøten vil ikke produsere spenningssprekker, men arbeidstemperaturen skal ikke overstige 400 ℃.
Nikkelbasert loddemetall er det mest brukte loddemetallet i superlegeringer på grunn av dets gode høytemperaturytelse og ingen spenningssprekker under lodding. Hovedlegeringselementene i nikkelbasert lodding er Cr, Si, B, og en liten mengde lodding inneholder også Fe, W, etc. Sammenlignet med ni-cr-si-b kan b-ni68crwb loddemetall redusere den intergranulære infiltrasjonen av B i basismetallet og øke smeltetemperaturintervallet. Det er et loddemetall for lodding av høytemperatur arbeidsdeler og turbinblader. Flyteevnen til W-holdig lodding blir imidlertid dårligere, og skjøtegapet er vanskelig å kontrollere.
Aktivt diffusjonsloddetilsettmateriale inneholder ikke Si-elementet og har utmerket oksidasjonsmotstand og vulkaniseringsmotstand. Loddetemperaturen kan velges fra 1150 ℃ til 1218 ℃, avhengig av loddetypen. Etter lodding kan en loddeforbindelse med samme egenskaper som basismetallet oppnås etter diffusjonsbehandling på 1066 ℃.
(3) Lodding av nikkelbaserte legeringer kan utføres med lodding i beskyttende atmosfæreovn, vakuumlodding og transient væskefaseforbindelse. Før lodding må overflaten avfettes og oksid fjernes ved polering med sandpapir, polering med filtskiver, skrubbing med aceton og kjemisk rengjøring. Ved valg av parametere for loddeprosessen bør det tas hensyn til at oppvarmingstemperaturen ikke bør være for høy og at loddetiden bør være kort for å unngå sterk kjemisk reaksjon mellom flussmiddelet og basismetallet. For å forhindre at basismetallet sprekker, skal de kaldbehandlede delene spenningsavlastes før sveising, og sveiseoppvarmingen skal være så jevn som mulig. For utfellingsforsterkede superlegeringer skal delene først behandles i fast løsning, deretter loddes ved en temperatur litt høyere enn aldringsforsterkende behandling, og til slutt aldringsbehandling.
1) Lodding i ovn med beskyttende atmosfære Lodding i ovn med beskyttende atmosfære krever beskyttelsesgass med høy renhet. For superlegeringer med w (AL) og w (TI) mindre enn 0,5 %, skal duggpunktet være lavere enn -54 ℃ når hydrogen eller argon brukes. Når innholdet av Al og Ti øker, oksiderer legeringsoverflaten fortsatt ved oppvarming. Følgende tiltak må tas; Tilsett en liten mengde flussmiddel (som fb105) og fjern oksidfilmen med flussmiddel; 0,025 ~ 0,038 mm tykt belegg belegges på overflaten av delene; Spray loddet på overflaten av materialet som skal loddes på forhånd; Tilsett en liten mengde gassflussmiddel, for eksempel bortrifluorid.
2) Vakuumlodding Vakuumlodding er mye brukt for å oppnå bedre beskyttelseseffekt og loddekvalitet. Se tabell 15 for de mekaniske egenskapene til typiske nikkelbaserte superlegeringsforbindelser. For superlegeringer med w (AL) og w (TI) mindre enn 4 % er det bedre å galvanisere et lag på 0,01 ~ 0,015 mm nikkel på overflaten, selv om fukting av loddet kan sikres uten spesiell forbehandling. Når w (AL) og w (TI) overstiger 4 %, skal tykkelsen på nikkelbelegget være 0,020,03 mm. For tynt belegg har ingen beskyttende effekt, og for tykt belegg vil redusere forbindelsens styrke. Delene som skal sveises kan også plasseres i boksen for vakuumlodding. Boksen bør fylles med getter. For eksempel absorberer Zr gass ved høy temperatur, noe som kan danne et lokalt vakuum i boksen, og dermed forhindre oksidasjon av legeringsoverflaten.
Tabell 15 mekaniske egenskaper for vakuumloddede skjøter av typiske nikkelbaserte superlegeringer
Mikrostrukturen og styrken til den loddede skjøten av superlegering endres med loddegapet, og diffusjonsbehandlingen etter lodding vil ytterligere øke den maksimalt tillatte verdien av skjøtegapet. Hvis vi tar Inconel-legering som et eksempel, kan det maksimale gapet for Inconel-skjøt loddet med b-ni82crsib nå 90 µm etter diffusjonsbehandling ved 1000 ℃ for 1H. For skjøter loddet med b-ni71crsib er imidlertid det maksimale gapet omtrent 50 µm etter diffusjonsbehandling ved 1000 ℃ for 1H.
3) Transient væskefaseforbindelse Transient væskefaseforbindelse bruker mellomlagslegeringen (ca. 2,5 ~ 100 µm tykk) med et smeltepunkt lavere enn basismetallet som fyllmateriale. Under et lavt trykk (0 ~ 0,007 mpa) og en passende temperatur (1100 ~ 1250 ℃) smelter mellomlagsmaterialet først og fukter basismetallet. På grunn av den raske diffusjonen av elementene skjer det isotermisk størkning ved skjøten for å danne skjøten. Denne metoden reduserer kravene til samsvar mellom basismetallets overflate og reduserer sveisetrykket. Hovedparametrene for transient væskefaseforbindelse er trykk, temperatur, holdetid og mellomlagets sammensetning. Påfør mindre trykk for å holde kontaktflaten på sveisestykket i god kontakt. Oppvarmingstemperatur og -tid har stor innvirkning på skjøtens ytelse. Hvis skjøten må være like sterk som basismetallet og ikke påvirker basismetallets ytelse, skal tilkoblingsprosessparametrene høy temperatur (som ≥ 1150 ℃) og lang tid (som 8 ~ 24 timer) brukes. Hvis tilkoblingskvaliteten til skjøten er redusert eller basismetallet ikke tåler høy temperatur, skal en lavere temperatur (1100 ~ 1150 ℃) og kortere tid (1 ~ 8 timer) brukes. Mellomlaget skal ta den tilkoblede basismetallets sammensetning som basissammensetning, og legge til forskjellige kjøleelementer, som B, Si, Mn, Nb, osv. For eksempel er sammensetningen av Udimet-legeringen ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, og sammensetningen av mellomlaget for transient væskefaseforbindelse er b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Alle disse elementene kan redusere smeltetemperaturen til NiCr- eller NiCrCo-legeringer til det laveste, men effekten av B er den mest åpenbare. I tillegg kan den høye diffusjonshastigheten til B raskt homogenisere mellomlagslegeringen og basismetallet.
Publisert: 13. juni 2022