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高温合金材料的真空钎焊常识

时间:2019-10-17 16:23:30 编辑:小编 点击:

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高温合金的真空钎焊常识

 

(1)钎焊特点
高温合金可分为镍基、铁基和钴基3大类,它们在高温下具有较好的力学性能、抗氧化性和抗腐蚀性。实际生产中应用最多的是镍基合金。 

高温合金含有较多的Cr,加热时表面形成难以去除的Cr2O3氧化膜。镍基高温合金均含有Al和Ti,加热时极易氧化。因此,防止或减少高温合金加热时的氧化及去除其氧化膜是钎焊时的首要问题。由于钎剂中的硼砂或硼酸在钎焊温度下能使母材产生溶蚀,发生反应后析出的硼能渗入母材造成晶间渗入。对于Al、Ti含量高的铸造镍基合金,钎焊时要保证热态的真空度不低于10-2~10-3Pa,以免合金表面在加热时发生氧化。 

对固溶强化和沉淀强化的镍基合金,钎焊温度应尽量选择与固溶处理的加热温度相一致,以保证合金元素的充分溶解。钎焊温度过低,合金元素不能完全溶解;钎焊温度过高,母材晶粒长大,即使焊后进行热处理也无法恢复材料的性能。铸造基合金的固溶温度都较高,一般不会因钎焊温度过高而影响材料性能。 

一些镍基高温合金,特别是沉淀强化合金有应力开裂的倾向,钎焊前必须充分去除加工过程中形成的应力,钎焊时应尽量减小热应力。 
   
(2)钎焊材料

镍基合金可采用银基、纯铜、镍基及活性钎料进行钎焊。当接头的我作温度不高时,可采用银基材料。银基钎料的种类很多,为减小钎焊加热时的内应力,最好选用熔化温度低的钎料。用银基钎料钎焊时可选用FB101钎剂,钎焊含铝最高的沉淀强化高温合金时,应用FB102钎剂,并添加10%~20%的硅氟酸钠或铝用钎剂(如FB201等)。当钎焊温度超过900℃时,应选用FB105钎剂。 

在真空或保护气氛中钎焊时,可选用纯铜作钎料,钎焊温度为1100~1150℃,接头不会产生应力开裂现象,但工作温度不能超过400℃。 

镍基钎料具有很好的高温性能,钎焊时不发生应力开裂现象,是高温合金最常用的钎料。镍基钎料中主要的合金元素是Cr、Si、B,少量钎料还含有Fe、W等。B-Ni68CrWB钎料与Ni-Cr-Si-B相比,可减少B对母材的晶间渗出入,增大熔化温度间隔,是钎焊高温工作部件和涡轮叶片的钎料。但含W钎料的流动性变差,接头间隙不易控制。 

活性扩散钎焊钎料不含有Si元素,具有极好的抗氧化性和抗硫化性。钎焊温度可在1150~1218℃之间根据钎料种类进行选择,钎焊后经1066℃扩散处理,可获得与母材性能一致的钎焊接头。 
   
(3)钎焊工艺

镍基合金可采用保护气氛炉中钎焊、真空钎焊和瞬态液相连接。钎焊前都必须采用砂纸打磨、毡轮抛光、丙酮擦洗及化学清洗等方法脱脂及去除表面的氧化物。选择钎焊工艺参数时,应注意加热温度不宜过高,钎焊时间要短,以免钎剂与母材发生强烈的化学反应。为防止母材列裂,经冷加工的零件焊前应进行去应力处理,焊接加热应尽可能均匀,对沉淀强化的高温合金,应先将零件进行固溶化处理,然后在稍高于时效强化处理的温度下进行钎焊,最后再进行时效处理。 

1)保护气氛炉中钎焊

保护气氛炉中钎焊对保护气体的纯度要求很高,对于W(Al)、W(Ti)小于0.5%的高温合金,使用氢气或氩气时,要求其露点低于-54℃。当Al、Ti含量增多时,合金表面加热时仍发生氧化,必须采取如下措施;加入少量钎剂(如FB105),利用钎剂去除氧化
膜;零件表面镀0.025~0.038mm厚的镀层;将钎料预先喷涂在待钎焊材料表面;附加少量气体钎剂,如三氟化硼。 

2)真空钎焊炉

真空钎焊应用的比较广,能获得更好的保护效果和钎焊质量,典型镍基高温合金接头的力学性能见表15。对于w(Al)、w(Ti)小于4%的高温合金,虽然表面不进行特殊预处理也能保证钎料的润湿,但最好在表面电镀一层0.01~0.015mm的镍。当w(Al)、W(Ti)超过4%时,镀镍层的厚度应为0.020.03mm。镀层太薄不起保护作用,镀层太厚将降低接头强度。也可将待焊零件放在盒内进行真空钎焊,盒中应放吸气剂,如Zr在高温下吸取气体,可使盒内形成一个局部真空,从而起到防止合金表面氧化的作用。 

高温合金钎焊接头组织和强度随钎焊间隙而变化,钎焊后扩散处理将进一步增大接头间隙的最大允许值。以Inconel合金为例,采用B-Ni82CrSiB钎焊的Inconel接头,经1000℃扩散处理1h后最大间隙值可达90um;而采用B-Ni71CrSiB钎焊的接头,以1000℃扩散处理1h后最大间隙值为50um左右。 

3)瞬态液相连接

瞬态液相连接是将熔点低于母材的中间层合金(厚度约2.5~100um)作为钎料,在较小的压力(0~0.007MPa)和合适的温度(1100~1250℃)下,中间层材料首先熔化并润湿母材,由于元素的迅速扩散,接头部位发生等温凝固而形成接头。该方法大大降低了对母材表面的配合要求和减少了焊接压力。瞬态液相连接的主要参数有压力、温度、保温时间和中间层成分。加较小的压力是为了保持焊件配合面的良好接触。加热温度和时间对接头性能有很大的影响,如果要求接头与母材等强,并且不影响母材的性能,则应采用高温(如≥1150℃)和长时间(如8~24h)的连接工艺参数;如果对接头的连接质量有所降低或母材不能经受高的温度,则应采用较低的温度(1100~1150℃)和较短的时间(1~8h)。

中间层应以被连接的母材成分为基本成分,加入不同的降温元素,如B、Si、Mn、Nb等。例如Udimet合金的成分为Ni-15Cr-18.5Co-4.3Al-3.3Ti-5Mo,作为瞬态液相连接用中间层的成分为B-Ni62.5Cr15Co15Mo5B2.5。这些添加元素都能使Ni-Cr或Ni-Cr-Co合金的熔化温度降到最低,但B的降熔作用最明显。此外,B的扩散速度高,可使中间层合金和母材迅速达到均质化。 


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