Spájkovanie superzliatin

Spájkovanie superzliatin

(1) Spájkovacie vlastnosti superzliatin možno rozdeliť do troch kategórií: na báze niklu, železa a kobaltu. Majú dobré mechanické vlastnosti, odolnosť voči oxidácii a korózii pri vysokých teplotách. Zliatina na báze niklu sa v praktickej výrobe najčastejšie používa.

Superzliatina obsahuje viac Cr a na povrchu sa počas zahrievania tvorí oxidový film Cr2O3, ktorý sa ťažko odstraňuje. Superzliatiny na báze niklu obsahujú Al a Ti, ktoré sa pri zahrievaní ľahko oxidujú. Preto je hlavným problémom pri spájkovaní zabrániť alebo znížiť oxidáciu superzliatin počas zahrievania a odstrániť oxidový film. Keďže bórax alebo kyselina boritá v tavidle môžu pri teplote spájkovania spôsobiť koróziu základného kovu, bór vyzrážaný po reakcii môže preniknúť do základného kovu, čo vedie k medzikryštalickej infiltrácii. Pri liatych zliatinách na báze niklu s vysokým obsahom Al a Ti nesmie byť stupeň vákua v horúcom stave počas spájkovania menší ako 10-2 ~ 10-3 Pa, aby sa zabránilo oxidácii povrchu zliatiny počas zahrievania.

V prípade zliatin na báze niklu spevnených roztokom a precipitáciou by mala byť teplota spájkovania konzistentná s teplotou ohrevu pri rozpúšťaní, aby sa zabezpečilo úplné rozpustenie prvkov zliatiny. Teplota spájkovania je príliš nízka a prvky zliatiny sa nedajú úplne rozpustiť. Ak je teplota spájkovania príliš vysoká, zrno základného kovu narastie a vlastnosti materiálu sa neobnovia ani po tepelnom spracovaní. Teplota tuhého roztoku odlievaných zliatin na báze niklu je vysoká, čo vo všeobecnosti neovplyvní vlastnosti materiálu v dôsledku príliš vysokej teploty spájkovania.

Niektoré superzliatiny na báze niklu, najmä zliatiny spevnené precipitáciou, majú tendenciu k praskaniu v dôsledku napätia. Pred spájkovaním sa musí napätie vytvorené v procese úplne odstrániť a tepelné napätie by sa malo počas spájkovania minimalizovať.

(2) Spájkovací materiál na báze niklu sa môže spájkovať so spájkou na báze striebra, čistej medi, niklu a aktívnou spájkou. Ak pracovná teplota spoja nie je vysoká, môžu sa použiť materiály na báze striebra. Existuje mnoho druhov spájok na báze striebra. Na zníženie vnútorného napätia počas spájkovania je najlepšie zvoliť spájku s nízkou teplotou topenia. Tavidlo Fb101 sa môže použiť na spájkovanie so strieborným prídavným kovom. Tavidlo Fb102 sa používa na spájkovanie precipitáciou spevnených superzliatin s najvyšším obsahom hliníka a pridáva sa 10 % až 20 % kremičitanu sodného alebo hliníkového tavidla (napríklad FB201). Ak teplota spájkovania prekročí 900 ℃, malo by sa zvoliť tavidlo FB105.

Pri spájkovaní vo vákuu alebo v ochrannej atmosfére sa ako prídavný materiál na spájkovanie môže použiť čistá meď. Teplota spájkovania je 1100 ~ 1150 ℃ a spoj nespôsobuje praskanie od napätia, ale pracovná teplota nesmie prekročiť 400 ℃.

Niklové spájkovacie prídavné kovy sú najčastejšie používanými spájkovacími prídavnými kovmi v superzliatinách kvôli ich dobrým vlastnostiam pri vysokých teplotách a nepraskaniu v dôsledku napätia počas spájkovania. Hlavnými legujúcimi prvkami v niklových spájkach sú Cr, Si, B a malé množstvo spájky obsahuje aj Fe, W atď. V porovnaní s ni-cr-si-b môže spájkovacie prídavné kovy b-ni68crwb znížiť medzikryštalickú infiltráciu B do základného kovu a zvýšiť teplotný interval tavenia. Je to spájkovací prídavný kov na spájkovanie vysokoteplotných pracovných častí a lopatiek turbín. Tekutosť spájky obsahujúcej W sa však zhoršuje a medzera v spoji sa ťažko reguluje.

Prídavný kov na spájkovanie s aktívnou difúziou neobsahuje kremík a má vynikajúcu odolnosť voči oxidácii a vulkanizácii. Teplotu spájkovania je možné zvoliť od 1150 ℃ do 1218 ℃ v závislosti od typu spájky. Po spájkovaní je možné po difúznom spracovaní pri teplote 1066 ℃ získať spájkovaný spoj s rovnakými vlastnosťami ako základný kov.

(3) Proces spájkovania niklových zliatin môže zahŕňať spájkovanie v ochrannej atmosfére pece, vákuové spájkovanie a prechodné spájkovanie v kvapalnej fáze. Pred spájkovaním musí byť povrch odmastený a oxid odstránený leštením brúsnym papierom, leštením plsteným kotúčom, drhnutím acetónom a chemickým čistením. Pri výbere parametrov procesu spájkovania je potrebné poznamenať, že teplota ohrevu by nemala byť príliš vysoká a čas spájkovania by mal byť krátky, aby sa zabránilo silnej chemickej reakcii medzi tavidlom a základným kovom. Aby sa zabránilo praskaniu základného kovu, za studena spracované diely musia byť pred zváraním uvoľnené od pnutia a zvárací ohrev musí byť čo najrovnomernejší. V prípade precipitačne spevnených superzliatin sa diely musia najprv podrobiť spracovaniu v tuhom roztoku, potom spájkovať pri teplote mierne vyššej, ako je teplota spevňovania starnutím, a nakoniec spracovať starnutím.

1) Spájkovanie v ochrannej atmosfére pece Spájkovanie v ochrannej atmosfére pece vyžaduje vysokú čistotu ochranného plynu. Pri superzliatinách s obsahom w (AL) a w (TI) menším ako 0,5 % musí byť rosný bod nižší ako -54 ℃ pri použití vodíka alebo argónu. Aj keď sa obsah Al a Ti zvyšuje, povrch zliatiny pri zahrievaní stále oxiduje. Je potrebné prijať nasledujúce opatrenia: Pridať malé množstvo tavidla (napríklad fb105) a odstrániť oxidový film tavidlom; Na povrch súčiastok sa nanesie vrstva s hrúbkou 0,025 ~ 0,038 mm; Vopred nastriekať spájku na povrch spájkovaného materiálu; Pridať malé množstvo plynového tavidla, napríklad fluoridu boritého.

2) Vákuové spájkovanie Vákuové spájkovanie sa široko používa na dosiahnutie lepšieho ochranného účinku a kvality spájkovania. Mechanické vlastnosti typických spojov superzliatin na báze niklu nájdete v tabuľke 15. Pre superzliatiny s w (AL) a w (TI) menším ako 4 % je lepšie galvanicky naniesť vrstvu niklu s hrúbkou 0,01 ~ 0,015 mm na povrch, hoci zmáčanie spájky je možné zabezpečiť aj bez špeciálnej predbežnej úpravy. Ak w (AL) a w (TI) presiahnu 4 %, hrúbka niklového povlaku musí byť 0,020,03 mm. Príliš tenký povlak nemá ochranný účinok a príliš hrubý povlak zníži pevnosť spoja. Zvárané diely je možné umiestniť aj do skrinky na vákuové spájkovanie. Skrinka by mala byť naplnená getrom. Napríklad Zr absorbuje plyn pri vysokej teplote, čo môže v skrinke vytvoriť lokálne vákuum, čím sa zabráni oxidácii povrchu zliatiny.

Tabuľka 15 Mechanické vlastnosti vákuovo spájkovaných spojov typických superzliatin na báze niklu

Mikroštruktúra a pevnosť spájkovaného spoja superzliatiny sa mení s medzerou spájkovania a difúzne spracovanie po spájkovaní ďalej zvýši maximálnu povolenú hodnotu medzery spoja. Ak vezmeme ako príklad zliatinu Inconel, maximálna medzera spoja Inconel spájkovaného s b-ni82crsib môže dosiahnuť 90 μm po difúznom spracovaní pri 1000 ℃ počas 1 hodiny; Avšak pre spoje spájkované s b-ni71crsib je maximálna medzera po difúznom spracovaní pri 1000 ℃ počas 1 hodiny približne 50 μm.

3) Prechodné spojenie v kvapalnej fáze Prechodné spojenie v kvapalnej fáze využíva ako prídavný kov medzivrstvu (s hrúbkou približne 2,5 ~ 100 μm), ktorej bod topenia je nižší ako u základného kovu. Pri malom tlaku (0 ~ 0,007 MPa) a vhodnej teplote (1100 ~ 1250 ℃) sa materiál medzivrstvy najprv roztaví a zvlhčí základný kov. V dôsledku rýchlej difúzie prvkov dochádza v mieste spoja k izotermickému tuhnutiu, čím sa vytvorí spoj. Táto metóda výrazne znižuje požiadavky na zladenie povrchu základného kovu a znižuje tlak zvárania. Hlavnými parametrami prechodného spojenia v kvapalnej fáze sú tlak, teplota, čas zotrvania a zloženie medzivrstvy. Na udržanie dobrého kontaktu s dosadajúcimi plochami zvaru aplikujte menší tlak. Teplota a čas ohrevu majú veľký vplyv na výkon spoja. Ak sa vyžaduje, aby spoj bol rovnako pevný ako základný kov a neovplyvňoval jeho vlastnosti, musia sa použiť parametre procesu spájania s vysokou teplotou (napríklad ≥ 1150 ℃) a dlhým časom (napríklad 8 ~ 24 hodín). Ak je kvalita spoja znížená alebo základný kov neodolá vysokej teplote, musí sa použiť nižšia teplota (1100 ~ 1150 ℃) a kratší čas (1 ~ 8 hodín). Medzivrstva musí ako základné zloženie použiť zloženie spájaného základného kovu a pridať rôzne chladiace prvky, ako napríklad B, Si, Mn, Nb atď. Napríklad zloženie zliatiny Udimet je ni-15cr-18,5co-4,3al-3,3ti-5mo a zloženie medzivrstvy pre prechodné spojenie v kvapalnej fáze je b-ni62,5cr15co15mo5b2,5. Všetky tieto prvky môžu znížiť teplotu topenia zliatin NiCr alebo NiCrCo na najnižšiu možnú hodnotu, ale najzreteľnejší je vplyv B. Okrem toho vysoká rýchlosť difúzie B môže rýchlo homogenizovať medzivrstvu zliatiny a základný kov.