Pematerian Superaloi

Pematerian Superaloi

(1) Ciri-ciri pateri superaloi boleh dibahagikan kepada tiga kategori: asas nikel, asas besi dan asas kobalt. Ia mempunyai sifat mekanikal, rintangan pengoksidaan dan rintangan kakisan yang baik pada suhu tinggi. Aloi asas nikel adalah yang paling banyak digunakan dalam pengeluaran praktikal.

Superaloi mengandungi lebih banyak Cr, dan filem oksida Cr2O3 yang sukar ditanggalkan terbentuk di permukaan semasa pemanasan. Superaloi asas nikel mengandungi Al dan Ti, yang mudah teroksida apabila dipanaskan. Oleh itu, untuk mencegah atau mengurangkan pengoksidaan superaloi semasa pemanasan dan untuk menanggalkan filem oksida adalah masalah utama semasa pematrian. Memandangkan boraks atau asid borik dalam fluks boleh menyebabkan kakisan logam asas pada suhu pematrian, boron yang termendak selepas tindak balas boleh menembusi logam asas, mengakibatkan penyusupan antara butiran. Bagi aloi asas nikel tuang dengan kandungan Al dan Ti yang tinggi, darjah vakum dalam keadaan panas tidak boleh kurang daripada 10-2 ~ 10-3pa semasa pematrian untuk mengelakkan pengoksidaan pada permukaan aloi semasa pemanasan.

Untuk aloi asas nikel yang diperkukuh larutan dan diperkukuh pemendakan, suhu pematrian hendaklah selaras dengan suhu pemanasan rawatan larutan untuk memastikan pembubaran sepenuhnya unsur aloi. Suhu pematrian terlalu rendah, dan unsur aloi tidak boleh larut sepenuhnya; Jika suhu pematrian terlalu tinggi, butiran logam asas akan membesar, dan sifat bahan tidak akan dipulihkan walaupun selepas rawatan haba. Suhu larutan pepejal aloi asas tuangan adalah tinggi, yang secara amnya tidak akan menjejaskan sifat bahan disebabkan oleh suhu pematrian yang terlalu tinggi.

Sesetengah aloi super berasaskan nikel, terutamanya aloi yang diperkukuh dengan pemendakan, mempunyai kecenderungan untuk retak tegasan. Sebelum pematrian, tegasan yang terbentuk dalam proses tersebut mesti disingkirkan sepenuhnya, dan tegasan haba harus diminimumkan semasa pematrian.

(2) Bahan pateri aloi asas nikel boleh dipateri dengan asas perak, kuprum tulen, asas nikel dan pateri aktif. Apabila suhu kerja sambungan tidak tinggi, bahan berasaskan perak boleh digunakan. Terdapat pelbagai jenis pateri berasaskan perak. Untuk mengurangkan tekanan dalaman semasa pemanasan pateri, adalah lebih baik untuk memilih pateri dengan suhu lebur yang rendah. Fluks Fb101 boleh digunakan untuk memateri dengan logam pengisi asas perak. Fluks Fb102 digunakan untuk memateri superaloi yang diperkukuh dengan kandungan aluminium tertinggi, dan 10% ~ 20% natrium silikat atau fluks aluminium (seperti fb201) ditambah. Apabila suhu pateri melebihi 900 ℃, fluks fb105 hendaklah dipilih.

Apabila mematri dalam vakum atau atmosfera pelindung, tembaga tulen boleh digunakan sebagai logam pengisi pematri. Suhu pematrian ialah 1100 ~ 1150 ℃, dan sambungan tidak akan menghasilkan keretakan tegasan, tetapi suhu kerja tidak boleh melebihi 400 ℃.

Logam pengisi pateri asas nikel merupakan logam pengisi pateri yang paling biasa digunakan dalam Superaloi kerana prestasi suhu tingginya yang baik dan tiada keretakan tegasan semasa pateri. Unsur aloi utama dalam pateri asas nikel ialah Cr, Si, B, dan sejumlah kecil pateri juga mengandungi Fe, W, dan sebagainya. Berbanding dengan ni-cr-si-b, logam pengisi pateri b-ni68crwb boleh mengurangkan penyusupan antara butiran B ke dalam logam asas dan meningkatkan selang suhu lebur. Ia merupakan logam pengisi pateri untuk pateri bahagian kerja suhu tinggi dan bilah turbin. Walau bagaimanapun, kebendairan pateri yang mengandungi W menjadi lebih teruk dan jurang sambungan sukar dikawal.

Logam pengisi pateri resapan aktif tidak mengandungi unsur Si dan mempunyai rintangan pengoksidaan dan rintangan pemvulkanan yang sangat baik. Suhu pateri boleh dipilih dari 1150 ℃ hingga 1218 ℃ mengikut jenis pateri. Selepas pateri, sambungan pateri dengan sifat yang sama seperti logam asas boleh diperolehi selepas rawatan resapan 1066 ℃.

(3) Proses pematrian aloi asas nikel boleh menerima pakai pematrian dalam relau atmosfera pelindung, pematrian vakum dan sambungan fasa cecair sementara. Sebelum pematrian, permukaan mesti dinyahgris dan oksida disingkirkan dengan penggilapan kertas pasir, penggilapan roda felt, penyental aseton dan pembersihan kimia. Apabila memilih parameter proses pematrian, perlu diingatkan bahawa suhu pemanasan tidak boleh terlalu tinggi dan masa pematrian hendaklah pendek untuk mengelakkan tindak balas kimia yang kuat antara fluks dan logam asas. Untuk mengelakkan logam asas daripada retak, bahagian yang diproses sejuk hendaklah dilegakan tekanan sebelum kimpalan, dan pemanasan kimpalan hendaklah sekata mungkin. Untuk superaloi yang diperkukuhkan pemendakan, bahagian hendaklah tertakluk kepada rawatan larutan pepejal terlebih dahulu, kemudian dipatri pada suhu yang sedikit lebih tinggi daripada rawatan pengukuhan penuaan, dan akhirnya rawatan penuaan.

1) Pematrian dalam relau atmosfera pelindung Pematrian dalam relau atmosfera pelindung memerlukan ketulenan gas pelindung yang tinggi. Untuk superaloi dengan w(AL) dan w(TI) kurang daripada 0.5%, takat embun hendaklah lebih rendah daripada -54 ℃ apabila hidrogen atau argon digunakan. Apabila kandungan Al dan Ti meningkat, permukaan aloi masih teroksida apabila dipanaskan. Langkah-langkah berikut mesti diambil; Tambah sedikit fluks (seperti fb105) dan tanggalkan filem oksida dengan fluks; salutan setebal 0.025 ~ 0.038mm disalut pada permukaan bahagian; Sembur pateri pada permukaan bahan yang hendak dipatri terlebih dahulu; Tambah sedikit fluks gas, seperti boron trifluorida.

2) Pematrian vakum Pematrian vakum digunakan secara meluas untuk mendapatkan kesan perlindungan dan kualiti pematrian yang lebih baik. Lihat jadual 15 untuk sifat mekanikal sambungan superaloi berasaskan nikel yang biasa. Bagi superaloi dengan w(AL) dan w(TI) kurang daripada 4%, adalah lebih baik untuk menyadur lapisan nikel 0.01 ~ 0.015mm pada permukaan, walaupun pembasahan pateri boleh dipastikan tanpa rawatan awal khas. Apabila w(AL) dan w(TI) melebihi 4%, ketebalan salutan nikel hendaklah 0.020.03mm. Salutan yang terlalu nipis tidak mempunyai kesan perlindungan, dan salutan yang terlalu tebal akan mengurangkan kekuatan sambungan. Bahagian yang hendak dikimpal juga boleh diletakkan di dalam kotak untuk pematrian vakum. Kotak hendaklah diisi dengan getter. Contohnya, Zr menyerap gas pada suhu tinggi, yang boleh membentuk vakum tempatan di dalam kotak, sekali gus mencegah pengoksidaan permukaan aloi.

Jadual 15 sifat mekanikal Sambungan Pateri Vakum bagi superaloi asas nikel tipikal

Mikrostruktur dan kekuatan sambungan pateri Superalloy berubah dengan jurang pateri, dan rawatan resapan selepas pateri akan meningkatkan lagi nilai maksimum yang dibenarkan bagi jurang sambungan. Dengan mengambil aloi Inconel sebagai contoh, jurang maksimum sambungan Inconel yang dipateri dengan b-ni82crsib boleh mencapai 90um selepas rawatan resapan pada 1000 ℃ selama 1H; Walau bagaimanapun, untuk sambungan yang dipateri dengan b-ni71crsib, jurang maksimum adalah kira-kira 50um selepas rawatan resapan pada 1000 ℃ selama 1H.

3) Sambungan fasa cecair sementara Sambungan fasa cecair sementara menggunakan aloi antara lapisan (kira-kira 2.5 ~ 100um tebal) yang takat leburnya lebih rendah daripada logam asas sebagai logam pengisi. Di bawah tekanan kecil (0 ~ 0.007mpa) dan suhu yang sesuai (1100 ~ 1250 ℃), bahan antara lapisan pertama mencairkan dan melembapkan logam asas. Disebabkan oleh resapan unsur yang cepat, pemejalan isoterma berlaku pada sambungan untuk membentuk sambungan. Kaedah ini sangat mengurangkan keperluan pemadanan permukaan logam asas dan mengurangkan tekanan kimpalan. Parameter utama sambungan fasa cecair sementara ialah tekanan, suhu, masa pegangan dan komposisi antara lapisan. Gunakan tekanan yang lebih sedikit untuk memastikan permukaan kimpalan sentiasa bersentuhan dengan baik. Suhu dan masa pemanasan mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi sambungan. Jika sambungan dikehendaki sekuat logam asas dan tidak menjejaskan prestasi logam asas, parameter proses sambungan suhu tinggi (seperti ≥ 1150 ℃) dan masa yang lama (seperti 8 ~ 24 jam) hendaklah digunakan; Jika kualiti sambungan berkurangan atau logam asas tidak dapat menahan suhu tinggi, suhu yang lebih rendah (1100 ~ 1150 ℃) dan masa yang lebih singkat (1 ~ 8 jam) hendaklah digunakan. Lapisan perantaraan hendaklah mengambil komposisi logam asas yang disambungkan sebagai komposisi asas, dan menambah elemen penyejukan yang berbeza, seperti B, Si, Mn, Nb, dan sebagainya. Contohnya, komposisi aloi Udimet ialah ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, dan komposisi lapisan perantaraan untuk sambungan fasa cecair sementara ialah b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Semua unsur ini boleh mengurangkan suhu lebur aloi Ni Cr atau Ni Cr Co kepada tahap terendah, tetapi kesan B adalah yang paling ketara. Di samping itu, kadar resapan B yang tinggi boleh menyeragamkan aloi antara lapisan dan logam asas dengan cepat.