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机械网--DD6单晶合金的TLP扩散焊工艺研究

发布时间:2021-11-18 12:46:31 阅读: 来源:水泥厂家

摘要:本文对我国自行研制的第2代单晶合金DD6的过渡液相分散焊(TLP分散焊)工艺进行了研究。所采取中间层合金的主要成分与DD6母材基本1致,同时加入1定量的B作为降熔元素。实验结果表明,在本文的实验条件下,很难获得微观组织与DD6母材完全1致的的TLP分散焊接头。1290℃/12h规范分散焊接头的连接界面,约1半区域为与DD6母材类似的γ+γ'组织,其他区域则为γ固溶体基体上散布着不同形态的硼化物,其980℃的持久性能接近母材性能指标的90%。延长分散焊保温时间至24h,连接界面上的不均匀区域减少,其980℃及1100℃的持久性能分别达母材性能指标的90~100%和70~80%。关键词:单晶合金;TLP分散焊;接头持久性能序言DD6是我国的第2代镍基单晶高温合金,具有高温强度高、综合性能好、组织稳定等优点。与第1代镍基单晶高温合金DD3比,承温能力提高约40℃;与国外广泛利用的第2代单晶合金相比,拉伸性能、持久性能、抗氧化性能及耐热腐蚀性能等均到达乃至部分超过其水平,且因其含铼量低具有低本钱的优势。该合金适合于制作1100℃以下工作的具有复杂内腔的燃气涡轮工作叶片等高温零件[1~3]。明显单凭铸造技术来制造具有复杂内腔的空心叶片是非常困难,乃至是不可能的,只有将铸造与焊接两种工艺相结合才能使其变成现实。单晶合金连接作为单晶高效气冷组合式叶片制造进程中最重要的关键技术之1,国外已对此进行了较多研究,过渡液相分散焊(TLP分散焊)对单晶涡轮叶片的连接显示出明显的优势和可行性[4,5]。美国P&W公司已采取TLP分散焊技术生产出了对开复合式的单晶叶片,并用于F100发动机上[4]。本文以我国研制的第2代镍基单晶高温合金DD6为研究对象,对其TLP分散焊接头组织与性能进行了分析研究。1实验用材料、方法及设备实验用母材为DD6单晶合金,其成分及典型持久性能见表1,标准热处理规范为1290℃,1h+1300℃,2h+1315℃,4h,空冷+1120℃,4h,空冷+870℃,32h,空冷。表1DD6单晶合金的化学成分及技术标准规定的持久性能指标

TLP分散焊所采取的中间层合金是专为DD6合金配制的,其主要成分与DD6母材基本1致,加入1定量的B作为降熔元素企业拆迁款怎样分配,使用情势为⑴50目的粉末。焊前表面准备,为了不由于机械加工应力导致在焊接热循环中母材产生再结晶,采取了按母材热处理制度处理+线切割+砂纸打磨的方法。焊前所有试样均用丙酮超声波清洗去油。分散焊温度采取了与母材固溶处理相匹配的温度,即1290℃,保温时间则根据接头持久性能要求通过实验来肯定。接头金相试样和性能试样均为对接试样,先将0.1mm厚的不锈钢垫片夹在试样连接面两端,并用氩弧点焊定位,然后象通常钎焊填加钎料那样将粉状中间层合金置于试样上方,用粘结剂定位。连接时,中间层合金熔化流入缝隙中构成接头。另为保证两个相配合的试样晶体取向1致,以避免或减少在接头中构成降落力学性能的晶界,实验中对试样严格配对加工并在装配及点焊定位时精确保证两试样的相对位置。采取图1所示情势试样测定了高温持久力学性能,同时采取光学金相、扫描电镜、能谱分析等手段对不同保温时间分散焊接头的组织进行了视察分析。图1接头性能试样

实验设备为双室气淬真空钎焊炉,设备最高加热温度1350℃,炉膛均温区400×300×620mm,分散焊时的热态真空度优于5×10⑵Pa。 2实验结果及讨论2.1分散焊接头的组织a.1290°C/12h分散焊b. 1290°C/12h分散焊+标准热处理图2DD6合金分散焊接头的光学显微镜像

图3图2b中B区放大(背散射电子像)

图2~4为1290°C/12h规范下分散焊DD6合金的接头组织。由图2可见,接头分为两个区域,A区在光学显微镜下已与DD6母材组织无差别,在A 区上断续散布着B区。焊后经母材热处理制度处理,B区减小,并变狭窄(比较图2a与图2b)。图3为图2b中B区放大的图像,可见B区宽度约为50μm。另外,与光学显微镜像相对应,B辨别为两个层次:1是焊缝中部的灰色条带,上均匀散布着黑色颗粒相什么情况下可以行政强拆,中央则密集散布着块状相,进1步放大(图3b)可以看出,这些块状相分为两种,白亮块和灰白块,白亮块基本上散布在灰白块上面,且在这些块状相周围均存在1层黑色包膜;在灰色条带的两侧,为均匀的单相组织。图3中各相成分的能谱分析结果见表2,两种块状相可能为不同的硼化物,由于硼化物贫Al,含Ni少,因此使其周围富Al、Ni,构成γ'包膜。从图4可见,接头中A区的基体为与母材相同的γ+γ'双相组织,在该γ+γ'组织散布着1些圆块状γ+γ'共晶。a. 图2b中A区放大 b. DD6母材形貌图4图2b接头及母材的2次电子像

表2图3中各相成分能谱分析结果

延长分散焊保温时间至24h,并在焊后按DD6母材热处理制度处理的接头组织,仍未到达与母材完全1致,还存在与图2中B区相对应的区域(见图5)。但与1290°C/12h规范分散焊、并经母材热处理制度处理的接头组织相比,接头中B区边变小,其平均宽度由约50μm(图4a)减至约20μm(图5)。图51290°C/24h分散焊并经母材热处理制度处理的DD6合金接头的背散射电子像

以上实验结果表明,虽然采取了高的分散焊温度(1290℃)和长的保温时间(24h),但接头组织仍未到达与DD6母材1致(见图5),很难获得微观组织与DD6母材完全1致的的TLP分散焊接头。而第1代单晶合金DD3,1250℃(DD3的固溶处理温度)保温24h,可获得与DD3母材基本1致的分散焊接头组织[6]。分析其缘由,主要是两种单晶合金成分差别较大。为提高合金的持久性能,DD6合金中难熔元素含量高,特别是含有DD3没有的Ta 、Re和Nb[3],而在高温合金中,W、Mo、Ta 、Re、Nb等难熔元素降落固溶体中元素的分散速度[1],因此DD6单晶合金分散焊接头成分与组织很难到达与母材完全1致。2.2 分散焊接头的高温持久性能表3列出了DD6单晶合金接头的高温持久性能。所有试样在分散焊后均按DD6单晶合金的热处理制度进行了固溶处理和2步时效处理。从中可见,规范1290℃/12h分散焊接头980℃的持久性能接近(841#、843#和844#试样)或到达(842#试样)DD6母材性能指标的90%。延长保温时间至24h,接头980℃的持久性能到达DD6母材性能指标的90%(816#、818#、827#和831#试样)或100%(832#试样),而1100℃的持久性能则达母材性能指标的70%(824#、825#和826#试样)~80%(830#和833#试样)。表3DD6单晶合金TLP分散焊接头的高温持久性能

3结论(1)采取所制备的以B作为降熔元素的粉末状中间层合金可实现DD6单晶合金的高性能TLP分散焊连接。(2)对DD6单晶合金进行TLP分散焊时,很难获得微观组织与母材完全1致的接头。(3)在1290℃/24h规范下分散焊DD6单晶合金,并在焊后按DD6合金热处理制度进行热处理,接头980℃的持久性能可达母材性能指标的90%以上,1100℃的持久性能达母材性能指标的70~80%。参考文献[1]《中国航空材料手册》编辑委员会编. 中国航空材料手册第2卷变形高温合金铸造高温合金[M]. 第2版. 北京:中国标准出版社,2002年. 812~818.[2]李嘉荣,钟振纲,唐定中,等. 低本钱第2代单晶高温合金DD6[J]. 金属学报,1999,35(增刊2):S266~S269.[3]J. R. Li, Z. G. Zhong, D. Z. Tang, etc. A low-cost second generation single crystal superalloy DD6 [C]. Superalloys 2000, Edited by T. M. Pollock, R. D. Kissinger, R政府为什么强征强拆. R. Bowman, K. A. Green, M. McLean, S. Olson, and J. J. Schirra, The Minerals, Metals & Materials Society, 2000.[4]Anthong F. Giamei, Richard W. Salkeld, charles W. Hogers. Energy efficient engine high-pressures turbine single crystal vane and blade fabrication technology report [R]. NASA-CR⑴65400.[5]Ram Darotia. NiAl alloys for high-temperature structural applications [J]. JOM, 1991, (44): 44~49.[6]李晓红,钟群鹏,曹春晓. DD3单晶合金瞬间过渡液相分散焊接头组织与性能[J]. 航空材料学报,2003,23(2):1~5.作者简介:李晓红(1962-),男,研究员,主要从事新型材料的焊接研究工作。联系电话:(010)62458053,E-mail: xiaohong.li@biam.ac.cn(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章