Hartlöten von Superlegierungen

Hartlöten von Superlegierungen

(1) Löteigenschaften Superlegierungen können in drei Kategorien eingeteilt werden: Nickelbasis, Eisenbasis und Kobaltbasis.Sie haben gute mechanische Eigenschaften, Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.Die Legierung auf Nickelbasis ist die am weitesten verbreitete in der praktischen Produktion.

Die Superlegierung enthält mehr Cr, und während des Erhitzens bildet sich auf der Oberfläche ein schwer zu entfernender Cr2O3-Oxidfilm.Superlegierungen auf Nickelbasis enthalten Al und Ti, die beim Erhitzen leicht oxidieren.Daher besteht das Hauptproblem beim Hartlöten darin, die Oxidation von Superlegierungen während des Erhitzens zu verhindern oder zu verringern und den Oxidfilm zu entfernen.Da Borax oder Borsäure im Flussmittel bei der Löttemperatur eine Korrosion des Grundmetalls verursachen können, kann das nach der Reaktion ausgeschiedene Bor in das Grundmetall eindringen, was zu einer intergranularen Infiltration führt.Bei Gusslegierungen auf Nickelbasis mit hohem Al- und Ti-Gehalt darf der Vakuumgrad im heißen Zustand während des Lötens nicht weniger als 10-2 ~ 10-3 Pa betragen, um eine Oxidation der Legierungsoberfläche während des Erhitzens zu vermeiden.

Für lösungsgehärtete und ausscheidungsgehärtete Legierungen auf Nickelbasis sollte die Löttemperatur mit der Erwärmungstemperatur der Lösungsbehandlung übereinstimmen, um die vollständige Auflösung der Legierungselemente sicherzustellen.Die Löttemperatur ist zu niedrig und die Legierungselemente können nicht vollständig aufgelöst werden;Wenn die Löttemperatur zu hoch ist, wachsen die Grundmetallkörner auf und die Materialeigenschaften werden auch nach der Wärmebehandlung nicht wiederhergestellt.Die Mischkristalltemperatur von Gussbasislegierungen ist hoch, was im Allgemeinen die Materialeigenschaften aufgrund einer zu hohen Löttemperatur nicht beeinflusst.

Einige Superlegierungen auf Nickelbasis, insbesondere ausscheidungsgehärtete Legierungen, neigen zur Spannungsrissbildung.Vor dem Löten müssen die dabei entstehenden Spannungen vollständig abgebaut und die thermischen Spannungen während des Lötens minimiert werden.

(2) Lötmaterial Nickelbasislegierung kann mit Silberbasis, Reinkupfer, Nickelbasis und Aktivlot hartgelötet werden.Wenn die Arbeitstemperatur der Verbindung nicht hoch ist, können Materialien auf Silberbasis verwendet werden.Es gibt viele Arten von Loten auf Silberbasis.Um die inneren Spannungen während des Lötens zu reduzieren, ist es am besten, das Lot mit niedriger Schmelztemperatur zu wählen.Das Flussmittel Fb101 kann zum Löten mit Lot auf Silberbasis verwendet werden.Fb102-Flussmittel wird zum Hartlöten von ausscheidungsverstärkten Superlegierungen mit dem höchsten Aluminiumgehalt verwendet, und es werden 10 % ~ 20 % Natriumsilikat oder Aluminium-Flussmittel (wie fb201) hinzugefügt.Wenn die Löttemperatur 900 ℃ übersteigt, muss das Flussmittel fb105 ausgewählt werden.

Beim Löten im Vakuum oder Schutzatmosphäre kann reines Kupfer als Lot verwendet werden.Die Löttemperatur beträgt 1100 ~ 1150 ℃, und die Verbindung erzeugt keine Spannungsrisse, aber die Arbeitstemperatur darf 400 ℃ nicht überschreiten.

Hartlot auf Nickelbasis ist das am häufigsten verwendete Hartlot in Superlegierungen, da es eine gute Hochtemperaturleistung und keine Spannungsrisse während des Lötens aufweist.Die Hauptlegierungselemente in Lot auf Nickelbasis sind Cr, Si, B, und eine kleine Menge Lot enthält auch Fe, W usw. Im Vergleich zu Ni-Cr-Si-B kann das Hartlot b-Ni68crwb die intergranulare Infiltration verringern von B in das Basismetall und erhöhen Sie das Schmelztemperaturintervall.Es ist ein Hartlot zum Hartlöten von Hochtemperatur-Arbeitsteilen und Turbinenschaufeln.Die Fließfähigkeit von W-haltigem Lötmittel wird jedoch schlechter und der Verbindungsspalt ist schwierig zu kontrollieren.

Das aktive Diffusionslötfüllmetall enthält kein Si-Element und hat eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Vulkanisationsbeständigkeit.Die Löttemperatur kann je nach Lottyp von 1150 ℃ bis 1218 ℃ gewählt werden.Nach dem Löten kann nach einer Diffusionsbehandlung bei 1066 °C eine Lötverbindung mit den gleichen Eigenschaften wie das Grundmetall erhalten werden.

(3) Lötprozess auf Nickelbasislegierung kann Löten in einem Schutzatmosphärenofen, Vakuumlöten und Übergangsflüssigphasenverbindung übernehmen.Vor dem Löten muss die Oberfläche entfettet und Oxid durch Schleifpapierpolieren, Filzradpolieren, Azetonschrubben und chemische Reinigung entfernt werden.Bei der Auswahl der Lötprozessparameter sollte beachtet werden, dass die Erwärmungstemperatur nicht zu hoch und die Lötzeit kurz sein sollte, um eine starke chemische Reaktion zwischen dem Flussmittel und dem Grundmetall zu vermeiden.Um eine Rissbildung im Grundwerkstoff zu vermeiden, sind die kaltverarbeiteten Teile vor dem Schweißen spannungsarm zu machen und die Schweißerwärmung möglichst gleichmäßig zu gestalten.Bei ausscheidungsverfestigten Superlegierungen müssen die Teile zuerst einer Festlösungsbehandlung unterzogen werden, dann bei einer Temperatur hartgelötet werden, die etwas höher ist als die Aushärtungsbehandlung, und schließlich einer Auslagerungsbehandlung.

1) Löten im Schutzatmosphärenofen Löten im Schutzatmosphärenofen erfordert eine hohe Reinheit des Schutzgases.Für Superlegierungen mit w (AL) und w (TI) weniger als 0,5 % muss der Taupunkt niedriger als -54 °C sein, wenn Wasserstoff oder Argon verwendet werden.Wenn der Gehalt an Al und Ti zunimmt, oxidiert die Legierungsoberfläche immer noch, wenn sie erhitzt wird.Folgende Maßnahmen sind zu ergreifen;Fügen Sie eine kleine Menge Flussmittel hinzu (z. B. fb105) und entfernen Sie den Oxidfilm mit Flussmittel;0,025 ~ 0,038 mm dicke Beschichtung wird auf die Oberfläche der Teile plattiert;Sprühen Sie das Lot vorher auf die Oberfläche des zu lötenden Materials;Fügen Sie eine kleine Menge Gasflussmittel hinzu, z. B. Bortrifluorid.

2) Vakuumlöten Vakuumlöten wird häufig verwendet, um eine bessere Schutzwirkung und Lötqualität zu erzielen.Siehe Tabelle 15 für die mechanischen Eigenschaften typischer Superlegierungsverbindungen auf Nickelbasis.Bei Superlegierungen mit w (AL) und w (TI) weniger als 4 % ist es besser, eine Schicht von 0,01 ~ 0,015 mm Nickel auf die Oberfläche zu galvanisieren, obwohl die Benetzung des Lots ohne spezielle Vorbehandlung sichergestellt werden kann.Wenn w (AL) und w (TI) 4 % überschreiten, muss die Dicke der Nickelbeschichtung 0,020,03 mm betragen.Eine zu dünne Beschichtung hat keine Schutzwirkung, und eine zu dicke Beschichtung verringert die Festigkeit der Verbindung.Die zu schweißenden Teile können auch zum Vakuumlöten in die Box gelegt werden.Die Box sollte mit Getter gefüllt sein.Beispielsweise absorbiert Zr bei hoher Temperatur Gas, das in der Box ein lokales Vakuum bilden kann, wodurch die Oxidation der Legierungsoberfläche verhindert wird.

Tabelle 15 Mechanische Eigenschaften vakuumgelöteter Verbindungen typischer Superlegierungen auf Nickelbasis

Die Mikrostruktur und Festigkeit der gelöteten Verbindung aus Superlegierung ändern sich mit dem Lötspalt, und die Diffusionsbehandlung nach dem Löten wird den maximal zulässigen Wert des Verbindungsspalts weiter erhöhen.Am Beispiel der Inconel-Legierung kann der maximale Spalt der mit b-ni82crsib gelöteten Inconel-Verbindung nach einer Diffusionsbehandlung bei 1000 ° C für 1 Stunde 90 um erreichen;Bei den mit b-ni71crsib gelöteten Verbindungen beträgt der maximale Spalt jedoch etwa 50 um nach der Diffusionsbehandlung bei 1000 ° C für 1 Stunde.

3) Übergangsflüssigphasenverbindung Die Übergangsflüssigphasenverbindung verwendet die Zwischenschichtlegierung (etwa 2,5 ~ 100 um dick), deren Schmelzpunkt niedriger ist als der des Grundmetalls, als Füllmetall.Unter einem geringen Druck (0 ~ 0,007 MPa) und einer geeigneten Temperatur (1100 ~ 1250 ℃) schmilzt das Zwischenschichtmaterial zuerst und befeuchtet das Grundmetall.Aufgrund der schnellen Diffusion von Elementen tritt an der Verbindungsstelle eine isotherme Erstarrung auf, um die Verbindungsstelle zu bilden.Dieses Verfahren reduziert die Anpassungsanforderungen an die Grundmetalloberfläche erheblich und reduziert den Schweißdruck.Die Hauptparameter der transienten Flüssigphasenverbindung sind Druck, Temperatur, Haltezeit und Zusammensetzung der Zwischenschicht.Wenden Sie weniger Druck an, um die Passfläche der Schweißkonstruktion in gutem Kontakt zu halten.Erwärmungstemperatur und -zeit haben einen großen Einfluss auf die Leistung der Verbindung.Wenn die Verbindung so stark wie das Grundmetall sein muss und die Leistung des Grundmetalls nicht beeinträchtigt, müssen die Verbindungsprozessparameter eine hohe Temperatur (wie ≥ 1150 ℃) und eine lange Zeit (wie 8 ~ 24 Stunden) sein angenommen;Wenn die Verbindungsqualität der Verbindung reduziert ist oder das Grundmetall hohen Temperaturen nicht standhalten kann, muss eine niedrigere Temperatur (1100 ~ 1150 ℃) und eine kürzere Zeit (1 ~ 8 h) verwendet werden.Die Zwischenschicht nimmt die verbundene Grundmetallzusammensetzung als Grundzusammensetzung und fügt verschiedene Kühlelemente wie B, Si, Mn, Nb usw. hinzu. Beispielsweise ist die Zusammensetzung der Udimet-Legierung Ni-15cr-18,5co-4,3 al-3.3ti-5mo, und die Zusammensetzung der Zwischenschicht für die vorübergehende Flüssigphasenverbindung ist b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Alle diese Elemente können die Schmelztemperatur von NiCr- oder NiCrCo-Legierungen auf den niedrigsten Wert senken, aber die Wirkung von B ist am offensichtlichsten.Außerdem kann die hohe Diffusionsrate von B die Zwischenschichtlegierung und das Basismetall schnell homogenisieren.