Solderen van superlegeringen
(1) Soldeereigenschappen: superlegeringen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën: nikkelbasis, ijzerbasis en kobaltbasis. Ze hebben goede mechanische eigenschappen, oxidatiebestendigheid en corrosiebestendigheid bij hoge temperaturen. Nikkellegeringen worden het meest gebruikt in de praktijk.
De superlegering bevat meer Cr, en tijdens het verhitten vormt zich een moeilijk te verwijderen Cr2O3-oxidelaag op het oppervlak. Superlegeringen op nikkelbasis bevatten aluminium en titaan, die gemakkelijk oxideren bij verhitting. Het voorkomen of verminderen van oxidatie van superlegeringen tijdens verhitting en het verwijderen van de oxidelaag vormen daarom het grootste probleem tijdens het solderen. Omdat borax of boorzuur in de flux corrosie van het basismetaal kan veroorzaken bij de soldeertemperatuur, kan het na de reactie neergeslagen boor in het basismetaal doordringen, wat resulteert in intergranulaire infiltratie. Voor gegoten nikkellegeringen met een hoog aluminium- en titaangehalte mag de vacuümgraad in warme toestand tijdens het solderen niet lager zijn dan 10-2 ~ 10-3 Pa om oxidatie op het legeringsoppervlak tijdens verhitting te voorkomen.
Voor oplossingsversterkte en precipitatieversterkte nikkellegeringen moet de soldeertemperatuur consistent zijn met de verwarmingstemperatuur van de oplossingsbehandeling om de volledige oplossing van de legeringselementen te garanderen. De soldeertemperatuur is te laag en de legeringselementen kunnen niet volledig oplossen. Als de soldeertemperatuur te hoog is, zal de korrel van het basismetaal omhoog groeien en zullen de materiaaleigenschappen niet worden hersteld, zelfs niet na warmtebehandeling. De vaste oplossingstemperatuur van gegoten basislegeringen is hoog, wat over het algemeen geen invloed heeft op de materiaaleigenschappen vanwege een te hoge soldeertemperatuur.
Sommige superlegeringen op nikkelbasis, met name precipitatieversterkte legeringen, hebben de neiging tot spanningsscheuren. Vóór het solderen moet de tijdens het solderen ontstane spanning volledig worden verwijderd en moet de thermische spanning tijdens het solderen tot een minimum worden beperkt.
(2) Soldeermateriaal van nikkellegeringen kan worden gesoldeerd met zilver, zuiver koper, nikkel en actief soldeer. Wanneer de werktemperatuur van de verbinding niet hoog is, kunnen materialen op zilverbasis worden gebruikt. Er zijn veel soorten zilversoldeer. Om de interne spanning tijdens het solderen te verminderen, is het het beste om soldeer met een lage smelttemperatuur te kiezen. Fb101-vloeimiddel kan worden gebruikt voor solderen met zilverhoudend vulmateriaal. Fb102-vloeimiddel wordt gebruikt voor het solderen van precipitatieversterkte superlegeringen met het hoogste aluminiumgehalte, waaraan 10% tot 20% natriumsilicaat of aluminiumvloeimiddel (zoals fb201) wordt toegevoegd. Wanneer de soldeertemperatuur hoger is dan 900 °C, moet fb105-vloeimiddel worden gekozen.
Bij het solderen in vacuüm of een beschermende atmosfeer kan zuiver koper worden gebruikt als soldeermateriaal. De soldeertemperatuur ligt tussen 1100 en 1150 °C en de verbinding zal geen spanningsscheuren veroorzaken, maar de werktemperatuur mag niet hoger zijn dan 400 °C.
Nikkelgebaseerd soldeermateriaal is het meest gebruikte soldeermateriaal in superlegeringen vanwege de goede prestaties bij hoge temperaturen en het ontbreken van spanningsscheuren tijdens het solderen. De belangrijkste legeringselementen in nikkelgebaseerd soldeer zijn Cr, Si en B, en een kleine hoeveelheid soldeer bevat ook Fe, W, enz. Vergeleken met Ni-Cr-Si-B kan B-Ni68CrWB soldeermateriaal de interkristallijne infiltratie van B in het basismetaal verminderen en het smelttemperatuurinterval vergroten. Het is een soldeermateriaal voor het solderen van werkende onderdelen en turbinebladen die bestand zijn tegen hoge temperaturen. De vloeibaarheid van W-houdend soldeer wordt echter slechter en de naadspleet is moeilijk te beheersen.
Het actieve diffusie-soldeermateriaal bevat geen silicium en heeft een uitstekende oxidatie- en vulkanisatiebestendigheid. De soldeertemperatuur kan worden gekozen tussen 1150 °C en 1218 °C, afhankelijk van het type soldeer. Na het solderen kan een soldeerverbinding met dezelfde eigenschappen als het basismetaal worden verkregen na een diffusiebehandeling bij 1066 °C.
(3) Soldeerproces: nikkelbasislegeringen kunnen worden gebruikt in een oven met beschermende atmosfeer, vacuümsolderen en tijdelijke vloeistoffaseverbindingen. Vóór het solderen moet het oppervlak worden ontvet en oxide worden verwijderd door middel van polijsten met schuurpapier, polijsten met viltschijven, wassen met aceton en chemische reiniging. Bij het selecteren van parameters voor het soldeerproces moet er rekening mee worden gehouden dat de verwarmingstemperatuur niet te hoog mag zijn en de soldeertijd kort moet zijn om een sterke chemische reactie tussen de flux en het basismetaal te voorkomen. Om te voorkomen dat het basismetaal scheurt, moeten de koudverwerkte onderdelen vóór het lassen spanningsvrij worden gemaakt en moet de lasverwarming zo gelijkmatig mogelijk zijn. Voor precipitatieversterkte superlegeringen moeten de onderdelen eerst een behandeling met vaste oplossing ondergaan, vervolgens worden gesoldeerd bij een temperatuur die iets hoger is dan de verouderingsversterkingsbehandeling, en ten slotte een verouderingsbehandeling.
1) Solderen in een oven met beschermende atmosfeer vereist een hoge zuiverheid van het beschermgas. Voor superlegeringen met w (AL) en w (TI) van minder dan 0,5% moet het dauwpunt lager zijn dan -54 °C wanneer waterstof of argon wordt gebruikt. Wanneer het gehalte aan Al en Ti toeneemt, oxideert het legeringsoppervlak nog steeds bij verhitting. De volgende maatregelen moeten worden genomen: Voeg een kleine hoeveelheid vloeimiddel (zoals fb105) toe en verwijder de oxidehuid met vloeimiddel; Breng een coating van 0,025 ~ 0,038 mm dik aan op het oppervlak van de onderdelen; Spuit het soldeer vooraf op het oppervlak van het te solderen materiaal; Voeg een kleine hoeveelheid gasvloeimiddel toe, zoals boortrifluoride.
2) Vacuümsolderen Vacuümsolderen wordt veel gebruikt om een beter beschermend effect en een betere soldeerkwaliteit te verkrijgen. Zie tabel 15 voor de mechanische eigenschappen van typische verbindingen op basis van nikkel-superlegeringen. Voor superlegeringen met w (AL) en w (TI) minder dan 4% is het beter om een laag van 0,01 ~ 0,015 mm nikkel op het oppervlak te galvaniseren, hoewel de bevochtiging van het soldeer kan worden gegarandeerd zonder speciale voorbehandeling. Wanneer w (AL) en w (TI) 4% overschrijden, moet de dikte van de nikkelcoating 0,020,03 mm zijn. Een te dunne coating heeft geen beschermend effect en een te dikke coating vermindert de sterkte van de verbinding. De te lassen onderdelen kunnen ook in de doos voor vacuümsolderen worden geplaatst. De doos moet worden gevuld met getter. Zr absorbeert bijvoorbeeld gas bij hoge temperatuur, waardoor een lokaal vacuüm in de doos kan ontstaan, waardoor oxidatie van het legeringsoppervlak wordt voorkomen.
Tabel 15 Mechanische eigenschappen van vacuümgesoldeerde verbindingen van typische superlegeringen op nikkelbasis
De microstructuur en sterkte van de gesoldeerde verbinding van superlegeringen veranderen met de soldeeropening, en de diffusiebehandeling na het solderen zal de maximaal toegestane waarde van de soldeeropening verder verhogen. Neem bijvoorbeeld Inconel-legering: de maximale opening van een met b-Ni82Crsib gesoldeerde Inconel-verbinding kan 90 µm bereiken na diffusiebehandeling bij 1000 ℃ gedurende 1H; voor verbindingen gesoldeerd met b-Ni71Crsib is de maximale opening echter ongeveer 50 µm na diffusiebehandeling bij 1000 ℃ gedurende 1H.
3) Transiënte vloeistoffaseverbinding Transiënte vloeistoffaseverbinding maakt gebruik van de tussenlaaglegering (ongeveer 2,5 ~ 100 μm dik) waarvan het smeltpunt lager is dan het basismetaal als vulmetaal. Onder een kleine druk (0 ~ 0,007 MPa) en een geschikte temperatuur (1100 ~ 1250 ℃) smelt het tussenlaagmateriaal eerst en bevochtigt het het basismetaal. Door de snelle diffusie van elementen vindt isotherme stolling plaats bij de verbinding om de verbinding te vormen. Deze methode vermindert de aanpassingsvereisten van het basismetaaloppervlak aanzienlijk en verlaagt de lasdruk. De belangrijkste parameters van transiënte vloeistoffaseverbinding zijn druk, temperatuur, houdtijd en samenstelling van de tussenlaag. Pas minder druk toe om het contactoppervlak van het laswerk in goed contact te houden. De verwarmingstemperatuur en -tijd hebben een grote invloed op de prestaties van de verbinding. Als de verbinding net zo sterk moet zijn als het basismetaal en de prestaties van het basismetaal niet beïnvloedt, moeten de verbindingsprocesparameters van hoge temperatuur (zoals ≥ 1150 ℃) en lange tijd (zoals 8 ~ 24 uur) worden aangenomen; Als de verbindingskwaliteit van de verbinding wordt verminderd of het basismetaal geen hoge temperaturen kan weerstaan, moet een lagere temperatuur (1100 ~ 1150 ℃) en een kortere tijd (1 ~ 8 uur) worden gebruikt. De tussenlaag moet de verbonden basismetaalsamenstelling als de basissamenstelling nemen en verschillende koelelementen toevoegen, zoals B, Si, Mn, Nb, enz. De samenstelling van de Udimet-legering is bijvoorbeeld ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, en de samenstelling van de tussenlaag voor transiënte vloeistoffaseverbinding is b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Al deze elementen kunnen de smelttemperatuur van NiCr- of NiCrCo-legeringen verlagen tot het laagste niveau, maar het effect van B is het meest duidelijk. Bovendien kan de hoge diffusiesnelheid van B de tussenlaaglegering en het basismetaal snel homogeniseren.
Plaatsingstijd: 13 juni 2022