Pagpapatigas ng mga Superalloy

Pagpapatigas ng mga Superalloy

(1) Ang mga katangian ng pagpapatigas ng mga superalloy ay maaaring hatiin sa tatlong kategorya: nickel base, iron base at cobalt base. Mayroon silang mahusay na mekanikal na katangian, resistensya sa oksihenasyon at resistensya sa kalawang sa mataas na temperatura. Ang nickel base alloy ang pinakamalawak na ginagamit sa praktikal na produksyon.

Ang superalloy ay naglalaman ng mas maraming Cr, at ang Cr2O3 oxide film na mahirap tanggalin ay nabubuo sa ibabaw habang pinapainit. Ang mga nickel base superalloy ay naglalaman ng Al at Ti, na madaling ma-oxidize kapag pinainit. Samakatuwid, ang pangunahing problema sa panahon ng pagpapatigas ay ang pagpigil o pagbabawas ng oksihenasyon ng mga superalloy habang pinapainit at ang pag-alis ng oxide film. Dahil ang borax o boric acid sa flux ay maaaring magdulot ng kalawang sa base metal sa temperatura ng pagpapatigas, ang boron na namuo pagkatapos ng reaksyon ay maaaring tumagos sa base metal, na nagreresulta sa intergranular infiltration. Para sa mga cast nickel base alloy na may mataas na nilalaman ng Al at Ti, ang vacuum degree sa mainit na estado ay hindi dapat mas mababa sa 10-2 ~ 10-3pa habang pinapatigas upang maiwasan ang oksihenasyon sa ibabaw ng alloy habang pinapainit.

Para sa mga solution strengthened at precipitation strengthened nickel base alloys, ang temperatura ng pagpapatigas ay dapat na naaayon sa temperatura ng pag-init ng solution treatment upang matiyak ang ganap na pagkatunaw ng mga elemento ng haluang metal. Masyadong mababa ang temperatura ng pagpapatigas, at hindi maaaring ganap na matunaw ang mga elemento ng haluang metal; kung masyadong mataas ang temperatura ng pagpapatigas, lalaki ang butil ng base metal, at hindi maibabalik ang mga katangian ng materyal kahit na pagkatapos ng heat treatment. Mataas ang temperatura ng solid solution ng mga cast base alloys, na sa pangkalahatan ay hindi makakaapekto sa mga katangian ng materyal dahil sa masyadong mataas na temperatura ng pagpapatigas.

Ang ilang nickel base superalloys, lalo na ang precipitation strengthened alloys, ay may tendensiyang mag-stress cracking. Bago ang pagpapatigas, ang stress na nabuo sa proseso ay dapat na ganap na maalis, at ang thermal stress ay dapat na mabawasan habang nagpapatigas.

(2) Ang mga materyales na nickel base alloy na ginagamit sa pagpapatigas ay maaaring patigasin gamit ang silver base, purong tanso, nickel base, at aktibong panghinang. Kapag hindi mataas ang temperatura ng pagtatrabaho ng dugtong, maaaring gamitin ang mga materyales na silver based. Maraming uri ng silver based solder. Upang mabawasan ang internal stress habang pinapainit ang pagpapatigas, pinakamahusay na pumili ng panghinang na may mababang temperatura ng pagkatunaw. Maaaring gamitin ang Fb101 flux para sa pagpapatigas gamit ang silver base filler metal. Ang Fb102 flux ay ginagamit para sa pagpapatigas ng precipitation strengthened superalloy na may pinakamataas na nilalaman ng aluminum, at 10% ~ 20% sodium silicate o aluminum flux (tulad ng fb201) ang idinagdag. Kapag ang temperatura ng pagpapatigas ay lumampas sa 900 ℃, dapat piliin ang fb105 flux.

Kapag nagpapatigas sa vacuum o protective atmosphere, maaaring gamitin ang purong tanso bilang filler metal para sa pagpapatigas. Ang temperatura ng pagpapatigas ay 1100 ~ 1150 ℃, at ang joint ay hindi magdudulot ng stress cracking, ngunit ang temperatura ng pagtatrabaho ay hindi dapat lumagpas sa 400 ℃.

Ang nickel base brazing filler metal ang pinakakaraniwang ginagamit na brazing filler metal sa mga Superalloy dahil sa mahusay nitong performance sa mataas na temperatura at kawalan ng stress cracking habang nagpapatigas. Ang mga pangunahing elemento ng haluang metal sa nickel base solder ay Cr, Si, B, at ang kaunting solder ay naglalaman din ng Fe, W, atbp. Kung ikukumpara sa ni-cr-si-b, ang b-ni68crwb brazing filler metal ay maaaring makabawas sa intergranular infiltration ng B sa base metal at mapataas ang melting temperature interval. Ito ay isang brazing filler metal para sa pagpapatigas ng mga gumaganang bahagi at turbine blade na may mataas na temperatura. Gayunpaman, ang fluidity ng W-containing solder ay nagiging mas malala at ang joint gap ay mahirap kontrolin.

Ang active diffusion brazing filler metal ay walang elementong Si at may mahusay na resistensya sa oksihenasyon at bulkanisasyon. Ang temperatura ng pagpapatigas ay maaaring mapili mula 1150 ℃ hanggang 1218 ℃ ayon sa uri ng panghinang. Pagkatapos ng pagpapatigas, ang brazed joint na may parehong katangian gaya ng base metal ay maaaring makuha pagkatapos ng 1066 ℃ diffusion treatment.

(3) Ang proseso ng pagpapatigas gamit ang nickel base alloy ay maaaring gumamit ng pagpapatigas sa protective atmosphere furnace, vacuum brazing, at transient liquid phase connection. Bago ang pagpapatigas, dapat tanggalin ang grasa sa ibabaw at alisin ang oxide sa pamamagitan ng sandpaper polishing, felt wheel polishing, acetone scrubbing, at chemical cleaning. Kapag pumipili ng mga parameter ng proseso ng pagpapatigas, dapat tandaan na ang temperatura ng pag-init ay hindi dapat masyadong mataas at ang oras ng pagpapatigas ay dapat maikli upang maiwasan ang malakas na kemikal na reaksyon sa pagitan ng flux at ng base metal. Upang maiwasan ang pagbitak ng base metal, ang mga cold processed na bahagi ay dapat na alisin ang stress bago magwelding, at ang pag-init ng welding ay dapat na pantay hangga't maaari. Para sa mga precipitation strengthened superalloys, ang mga bahagi ay dapat munang sumailalim sa solid solution treatment, pagkatapos ay i-braze sa temperaturang bahagyang mas mataas kaysa sa aging strengthening treatment, at sa huli ay aging treatment.

1) Pagpapatigas sa pugon na may proteksiyon na kapaligiran Ang pagpapatigas sa pugon na may proteksiyon na kapaligiran ay nangangailangan ng mataas na kadalisayan ng shielding gas. Para sa mga superalloy na may w (AL) at w (TI) na mas mababa sa 0.5%, ang dew point ay dapat na mas mababa sa -54 ℃ kapag ginamit ang hydrogen o argon. Kapag tumaas ang nilalaman ng Al at Ti, ang ibabaw ng haluang metal ay nag-o-oxidize pa rin kapag pinainit. Ang mga sumusunod na hakbang ay dapat gawin; Magdagdag ng kaunting flux (tulad ng fb105) at tanggalin ang oxide film na may flux; 0.025 ~ 0.038mm ang kapal ng patong na ipinatong sa ibabaw ng mga bahagi; I-spray ang panghinang sa ibabaw ng materyal na ipapatigas nang maaga; Magdagdag ng kaunting gas flux, tulad ng boron trifluoride.

2) Vacuum brazing Malawakang ginagamit ang vacuum brazing upang makakuha ng mas mahusay na epekto ng proteksyon at kalidad ng pagpapatigas. Tingnan ang talahanayan 15 para sa mga mekanikal na katangian ng mga tipikal na nickel base superalloy joints. Para sa mga superalloy na may w (AL) at w (TI) na mas mababa sa 4%, mas mainam na lagyan ng electroplate ang isang layer na 0.01 ~ 0.015mm nickel sa ibabaw, bagama't masisiguro ang pagkabasa ng solder nang walang espesyal na pretreatment. Kapag ang w (AL) at w (TI) ay lumampas sa 4%, ang kapal ng nickel coating ay dapat na 0.020.03mm. Ang sobrang manipis na coating ay walang proteksiyon na epekto, at ang sobrang kapal na coating ay magbabawas sa lakas ng joint. Ang mga bahaging iwewelding ay maaari ding ilagay sa kahon para sa vacuum brazing. Dapat punan ang kahon ng getter. Halimbawa, ang Zr ay sumisipsip ng gas sa mataas na temperatura, na maaaring bumuo ng isang lokal na vacuum sa kahon, kaya pinipigilan ang oksihenasyon ng ibabaw ng alloy.

Talahanayan 15 mga mekanikal na katangian ng mga Vacuum Brazed Joint ng mga tipikal na nickel base superalloy

Ang microstructure at lakas ng brazed joint ng Superalloy ay nagbabago kasabay ng brazing gap, at ang diffusion treatment pagkatapos ng brazing ay lalong magpapataas sa pinakamataas na pinapayagang halaga ng joint gap. Kung gagamitin ang Inconel alloy bilang halimbawa, ang maximum gap ng Inconel joint na brazed gamit ang b-ni82crsib ay maaaring umabot sa 90um pagkatapos ng diffusion treatment sa 1000 ℃ sa loob ng 1H; Gayunpaman, para sa mga joint na brazed gamit ang b-ni71crsib, ang maximum gap ay humigit-kumulang 50um pagkatapos ng diffusion treatment sa 1000 ℃ sa loob ng 1H.

3) Transient liquid phase connection Ang transient liquid phase connection ay gumagamit ng interlayer alloy (mga 2.5 ~ 100um ang kapal) na ang melting point ay mas mababa kaysa sa base metal bilang filler metal. Sa ilalim ng maliit na presyon (0 ~ 0.007mpa) at angkop na temperatura (1100 ~ 1250 ℃), ang interlayer material ay unang natutunaw at binabasa ang base metal. Dahil sa mabilis na pagkalat ng mga elemento, nangyayari ang isothermal solidification sa joint upang mabuo ang joint. Ang pamamaraang ito ay lubos na binabawasan ang mga kinakailangan sa pagtutugma ng ibabaw ng base metal at binabawasan ang presyon ng hinang. Ang mga pangunahing parameter ng transient liquid phase connection ay ang presyon, temperatura, holding time at komposisyon ng interlayer. Maglagay ng mas kaunting presyon upang mapanatili ang mating surface ng weldment sa maayos na pagkakadikit. Ang temperatura at oras ng pag-init ay may malaking epekto sa pagganap ng joint. Kung ang dugtungan ay kinakailangang maging kasingtibay ng base metal at hindi nakakaapekto sa pagganap ng base metal, ang mga parametro ng proseso ng koneksyon na mataas na temperatura (tulad ng ≥ 1150 ℃) at mahabang panahon (tulad ng 8 ~ 24 oras) ang dapat gamitin; kung ang kalidad ng koneksyon ng dugtungan ay bumaba o ang base metal ay hindi makatagal sa mataas na temperatura, isang mas mababang temperatura (1100 ~ 1150 ℃) at isang mas maikling oras (1 ~ 8 oras) ang dapat gamitin. Ang intermediate layer ay dapat gamitin ang konektadong base metal composition bilang pangunahing komposisyon, at magdagdag ng iba't ibang elemento ng pagpapalamig, tulad ng B, Si, Mn, Nb, atbp. Halimbawa, ang komposisyon ng Udimet alloy ay ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, at ang komposisyon ng intermediate layer para sa transient liquid phase connection ay b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Kayang bawasan ng lahat ng elementong ito ang temperatura ng pagkatunaw ng mga haluang metal na Ni Cr o Ni Cr Co sa pinakamababa, ngunit ang epekto ng B ang pinakahalata. Bukod pa rito, ang mataas na rate ng diffusion ng B ay kayang mabilis na gawing homogenous ang interlayer alloy at base metal.