GH3039高溫合金的真空釬焊工藝
Ni,Al金屬間化合物由于具有熔點(diǎn)較高、比重較小,高溫性能及抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn),是理想航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片用材料。繼成功研制了綜合性能好、成分簡單、成本低廉的定向凝固N(yùn)i,Al基高溫合金IC6,并用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)二級導(dǎo)向葉片后,為了適應(yīng)更先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的特殊需求,即在保持合金具有一定的力學(xué)性能情況下,進(jìn)一步提高合金的抗氧化、抗腐蝕及熱疲勞抗力,北京航空材料研究院目前又在研制定向凝固N(yùn)i,Al基高溫合金IC10,并擬用于某型號(hào)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片。IC10合金導(dǎo)向葉片的制造涉及IC10與GH3039異種高溫合金的釬焊,同時(shí)IC10合金葉片的釬焊連接面為鑄造表面,無法保證均勻一致的釬焊間隙。因此本文對IC10與GH3039高溫合金的真空釬焊及大間隙釬焊工藝進(jìn)行了研究。
1試驗(yàn)用材料、方法及設(shè)備
試驗(yàn)用母材為IC10和GH3039高溫合金。IC10為北京航空材料研究院在研的定向凝固N(yùn)i,Al基高溫合金,試驗(yàn)用料為鑄造厚板,采用機(jī)加工的方法加工成1.5mm厚的試板。GH3039為單相奧氏體型固溶強(qiáng)化合金,其化學(xué)成分見表1。表2列出了在900℃下GH3039合金典型的性能數(shù)據(jù),試驗(yàn)用料為1.5mm厚的冷軋板。
試驗(yàn)用釬料是自行研制的Co50NiCrWB,其熔點(diǎn)為1087~1149℃,使用形式為≤100um粒度的粉末。大間隙釬焊用高溫合金粉末為50~80um粒度的Re-ne'95粉,其化學(xué)成分見表3。
金相試樣與性能試樣均采用對接接頭形式,釬焊接頭間隙分別為0.1mm和0.5mm,大間隙(0.5mm)接頭中預(yù)填Rene'95高溫合金粉末。采用MHM-8光學(xué)顯微鏡、JSM-5600LV掃描電鏡和LINKISIS300能譜儀對釬焊接頭組織進(jìn)行了分析。測試了釬焊接頭在900℃下的拉伸性能和持久性能。
釬焊試驗(yàn)在ZM-454雙室真空爐中進(jìn)行,釬焊時(shí)的真空度不低于5×10-2Pa。釬焊規(guī)范為1180℃/30min。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1釬焊接頭的組織
圖1為GH3039+IC10釬焊接頭(間隙0.1mm)的組織。光學(xué)顯微鏡下,在釬焊縫的固溶體基體與GH3039母材之間已無明顯的界限,在釬焊縫的固溶體基體上骨骼狀硼化物相呈連續(xù)分布,見圖1a。o掃描電鏡下(圖1b)可以更清楚地看到,釬焊縫中除了連續(xù)分布的骨骼狀硼化物相(圖1b中的3)外,還有少量的小黑塊相(圖1b中的4)。圖1b中各相成分的能譜(EDS)分析結(jié)果見表4。從圖中可以看出,靠近兩種母材的釬焊縫基體(圖1b中的1和2),其成分大致相同,均是以Ni為基的固溶體。呈連續(xù)分布的骨骼狀灰色相(圖1b中的3)則是富Cr的硼化物相。小黑塊相(圖1b中的4)主要含Ti和N,可能為氮化鈦。
圖2和圖3分別為GH3039+IC10大間隙(0.5mm)釬焊接頭的光學(xué)顯微鏡照片和背散射電子像。與正常間隙釬焊接頭一樣,在光學(xué)顯微鏡下(圖2),在釬焊縫與GH3039母材之間也無明顯的界限,Rene'95高溫合金粉顆粒間的焊縫為固溶體基體上分布大量的骨骼狀硼化物相。在掃描電鏡下(圖3)可更清楚地看到,這些骨骼狀的硼化物相分為白色骨骼相(圖3中的1)和灰色骨骼相(圖3中的4)兩種,此外在焊縫中還有一些灰色塊狀硼化物(圖3中的3)。表5列出了圖3中各相成分的EDS分析結(jié)果,可見,白色骨骼相(1)為富W的硼化物相,而灰色骨骼相(4)與灰塊相(3)成分相同,為富Cr的硼化物相。此外,Rene'95粉顆粒間的焊縫基體(圖3中的2)為Ni-Co基的固溶體。上述試驗(yàn)結(jié)果表明,CH3039+IC10大間隙釬焊接頭組織的組成較正常間隙釬焊接頭更復(fù)雜。
2.2釬焊接頭的高溫拉伸強(qiáng)度和持久性能
采用N300B釬料、1180℃/30min規(guī)范釬焊了正常間隙(0.1mm)和大間隙(0.5mm,預(yù)填Rene'95高溫合金粉)的GH3039+IC10性能試樣,測定了釬焊接頭900℃的拉伸性能和持久性能,結(jié)果見表6和表7。從表6可以看出,正常間隙和大間隙的GH3039+IC10釬焊接頭900℃的拉伸強(qiáng)度均超過GH3039母材的性能指標(biāo)要求(即161MPa),且除-個(gè)試樣(903*)斷裂在釬焊接頭外,其它試樣都斷裂在GH3039母材上。從表7可以看出,在900℃,40MPa應(yīng)力水平下,正常間隙和大間隙的GH3039+IC10釬焊接頭的持久壽命均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過100h,且斷裂全部發(fā)生在GH3039母材上。以上力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果說明,正常間隙和大間隙的GH3039+IC10釬焊接頭在900℃的拉伸強(qiáng)度和持久性能均超過了GH3039母材相應(yīng)的性能指標(biāo)要求。
3結(jié)論
(1）采用Co50NiCrWB釬料可實(shí)現(xiàn)IC10與GH3039高溫合金的真空釬焊。
(2）在釬焊接頭間隙中預(yù)填Rene'95高溫合金粉末,再采用Co50NiCrWB釬料釬焊,可獲得致密完整的IC10+GH3039高溫合金大間隙釬焊接頭。
(3)采用本文工藝所獲得的IC10+CH3039高溫合金釬焊接頭和大間隙釬焊接頭,高溫性能良好,900℃下的拉伸強(qiáng)度和持久性能均超過CH3039母材性能指標(biāo),斷裂發(fā)生在GH3039母材上。
