Лемљење суперлегура
(1) Карактеристике лемљења суперлегуре могу се поделити у три категорије: на бази никла, на бази гвожђа и на бази кобалта. Имају добра механичка својства, отпорност на оксидацију и отпорност на корозију на високим температурама. Легура на бази никла се најчешће користи у практичној производњи.
Суперлегура садржи више Cr, а на површини се током загревања формира оксидни филм Cr2O3 који је тешко уклонити. Суперлегуре на бази никла садрже Al и Ti, који лако оксидују приликом загревања. Стога је спречавање или смањење оксидације суперлегура током загревања и уклањање оксидног филма примарни проблем током лемљења. Пошто боракс или борна киселина у флуксу могу изазвати корозију основног метала на температури лемљења, бор који се исталожи након реакције може продрети у основни метал, што доводи до интеркристалне инфилтрације. За ливене легуре на бази никла са високим садржајем Al и Ti, степен вакуума у врућем стању не сме бити мањи од 10-2 ~ 10-3Pa током лемљења како би се избегла оксидација на површини легуре током загревања.
За легуре на бази никла ојачане раствором и таложењем, температура лемљења треба да буде у складу са температуром загревања током обраде раствором како би се осигурало потпуно растварање елемената легуре. Температура лемљења је прениска и елементи легуре се не могу потпуно растворити; ако је температура лемљења превисока, зрно основног метала ће расти, а својства материјала се неће вратити чак ни након термичке обраде. Температура чврстог раствора ливених легура на бази је висока, што генерално неће утицати на својства материјала због превисоке температуре лемљења.
Неке суперлегуре на бази никла, посебно легуре ојачане таложењем, имају тенденцију ка пуцању под напоном. Пре лемљења, напрезање настало у процесу мора бити потпуно уклоњено, а термички напон треба свести на минимум током лемљења.
(2) Лемљење, легура на бази никла, може се лемити лемом на бази сребра, чистим бакром, лемом на бази никла и активним лемом. Када радна температура споја није висока, могу се користити материјали на бази сребра. Постоји много врста лемова на бази сребра. Да би се смањио унутрашњи напон током загревања при лемљењу, најбоље је одабрати лем са ниском температуром топљења. Флукс Fb101 може се користити за лемљење са додатним металом на бази сребра. Флукс Fb102 се користи за лемљење суперлегура ојачаних таложењем са највећим садржајем алуминијума, уз додавање 10% ~ 20% натријум силиката или алуминијумског флукса (као што је fb201). Када температура лемљења пређе 900 ℃, треба одабрати флукс fb105.
Приликом лемљења у вакууму или заштитној атмосфери, чисти бакар може се користити као додатни метал за лемљење. Температура лемљења је 1100 ~ 1150 ℃, и спој неће изазвати пуцање услед напона, али радна температура не сме прећи 400 ℃.
Лем на бази никла је најчешће коришћени лем у суперлегурама због својих добрих перформанси на високим температурама и одсуства пуцања услед напрезања током лемљења. Главни елементи легуре у лему на бази никла су Cr, Si, B, а мала количина лема садржи и Fe, W итд. У поређењу са ni-cr-si-b, лем на бази b-ni68crwb може смањити интергрануларну инфилтрацију B у основни метал и повећати температурни интервал топљења. То је лем за лемљење радних делова и лопатица турбина на високим температурама. Међутим, флуидност лема који садржи W се погоршава и спојни зазор је тешко контролисати.
Активни дифузиони лем не садржи Si елемент и има одличну отпорност на оксидацију и вулканизацију. Температура лемљења може се одабрати од 1150 ℃ до 1218 ℃ у зависности од врсте лема. Након лемљења, лемљени спој са истим својствима као и основни метал може се добити након дифузионе обраде на 1066 ℃.
(3) Процес лемљења легура на бази никла може се лемити у заштитној атмосфери пећи, лемити у вакууму и користити у пролазној течној фази. Пре лемљења, површина мора бити одмашћена, а оксид уклоњен полирањем брусним папиром, полирањем филцаним точком, рибањем ацетоном и хемијским чишћењем. Приликом избора параметара процеса лемљења, треба напоменути да температура загревања не сме бити превисока, а време лемљења треба да буде кратко како би се избегла јака хемијска реакција између флукса и основног метала. Да би се спречило пуцање основног метала, хладно обрађени делови морају бити растерећени од напона пре заваривања, а загревање заваривања мора бити што равномерније. Код суперлегура ојачаних таложењем, делови морају прво бити подвргнути обради чврстим раствором, затим лемљени на температури нешто вишој од обраде ојачавања старењем, и на крају обради старењем.
1) Лемљење у пећи са заштитном атмосфером захтева високу чистоћу заштитног гаса. За суперлегуре са w (AL) и w (TI) мањим од 0,5%, тачка росе мора бити нижа од -54 ℃ када се користи водоник или аргон. Када се садржај Al и Ti повећа, површина легуре и даље оксидира при загревању. Морају се предузети следеће мере: Додати малу количину флукса (као што је fb105) и уклонити оксидни филм флуксом; Нанети премаз дебљине 0,025 ~ 0,038 мм на површину делова; Претходно попрскати лем на површину материјала који се лемљује; Додати малу количину флукса, као што је бор трифлуорид.
2) Вакуумско лемљење Вакуумско лемљење се широко користи за постизање бољег заштитног ефекта и квалитета лемљења. Видети табелу 15 за механичка својства типичних спојева суперлегура на бази никла. За суперлегуре са w (AL) и w (TI) мањим од 4%, боље је галванизирати слој никла од 0,01 ~ 0,015 мм на површини, иако се влажење лема може осигурати без посебне претходне обраде. Када w (AL) и w (TI) прелазе 4%, дебљина никл премаза треба да буде 0,020,03 мм. Превише танак премаз нема заштитни ефекат, а предебели премаз ће смањити чврстоћу споја. Делови који се заварују такође се могу ставити у кутију за вакуумско лемљење. Кутија треба да буде напуњена гетером. На пример, Zr апсорбује гас на високој температури, што може формирати локални вакуум у кутији, чиме се спречава оксидација површине легуре.
Табела 15 механичка својства вакуумски лемљених спојева типичних суперлегура на бази никла
Микроструктура и чврстоћа лемљеног споја суперлегуре мењају се са зазором лемљења, а дифузиона обрада након лемљења ће додатно повећати максимално дозвољену вредност зазора споја. Узимајући инконел легуру као пример, максимални зазор инконел споја лемљеног са b-ni82crsib може достићи 90μm након дифузионе обраде на 1000 ℃ током 1H; Међутим, за спојеве лемљене са b-ni71crsib, максимални зазор је око 50μm након дифузионе обраде на 1000 ℃ током 1H.
3) Прелазна веза у течној фази Прелазна веза у течној фази користи легуру међуслоја (дебљине око 2,5 ~ 100μm) чија је тачка топљења нижа од основног метала као додатни метал. Под малим притиском (0 ~ 0,007mpa) и одговарајућом температуром (1100 ~ 1250 ℃), материјал међуслоја прво топи и влажи основни метал. Због брзе дифузије елемената, на споју долази до изотермног очвршћавања да би се формирао спој. Ова метода значајно смањује захтеве за подударање површине основног метала и смањује притисак заваривања. Главни параметри прелазне везе у течној фази су притисак, температура, време задржавања и састав међуслоја. Применити мањи притисак да би се спојна површина завара одржала у добром контакту. Температура и време загревања имају велики утицај на перформансе споја. Ако је потребно да спој буде чврст као основни метал и да то не утиче на перформансе основног метала, треба усвојити параметре процеса спајања високе температуре (као што је ≥ 1150 ℃) и дуже време (као што је 8 ~ 24 сата); ако је квалитет споја смањен или основни метал не може да издржи високу температуру, треба користити нижу температуру (1100 ~ 1150 ℃) и краће време (1 ~ 8 сати). Међуслој треба да узме састав повезаног основног метала као основни састав, а затим да се додају различити елементи за хлађење, као што су B, Si, Mn, Nb итд. На пример, састав Удимет легуре је ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, а састав међуслоја за пролазну везу у течној фази је b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Сви ови елементи могу смањити температуру топљења легура Ni, Cr или Ni, Cr и Co на најнижу могућу меру, али је ефекат B најочигледнији. Поред тога, висока брзина дифузије B може брзо хомогенизовати међуслојну легуру и основни метал.
Време објаве: 13. јун 2022.