Суперқорытпаларды дәнекерлеу

Суперқорытпаларды дәнекерлеу

(1) Дәнекерлеу сипаттамалары бойынша суперқорытпаларды үш санатқа бөлуге болады: никель негізі, темір негізі және кобальт негізі. Олар жақсы механикалық қасиеттерге, жоғары температурада тотығуға және коррозияға төзімділікке ие. Никель негізіндегі қорытпа практикалық өндірісте ең кеңінен қолданылады.

Суперқорытпа құрамында Cr көп, ал қыздыру кезінде бетінде алу қиын Cr2O3 оксиді қабықшасы пайда болады. Никель негізіндегі суперқорытпаларда қыздырған кезде тотығуы оңай болатын Al және Ti бар. Сондықтан, қыздыру кезінде суперқорытпалардың тотығуын болдырмау немесе азайту және оксид қабықшасын алып тастау дәнекерлеу кезіндегі негізгі мәселе болып табылады. Флюстегі боракс немесе бор қышқылы дәнекерлеу температурасында негізгі металдың коррозиясын тудыруы мүмкін болғандықтан, реакциядан кейін тұнбаға түскен бор негізгі металға еніп, түйіршік аралық инфильтрацияға әкелуі мүмкін. Al және Ti мөлшері жоғары құйылған никель негізіндегі қорытпалар үшін қыздыру кезінде қорытпа бетінде тотығуды болдырмау үшін дәнекерлеу кезінде ыстық күйдегі вакуум дәрежесі 10-2 ~ 10-3pa-дан төмен болмауы керек.

Ерітіндімен нығайтылған және тұндырумен нығайтылған никель негізіндегі қорытпалар үшін дәнекерлеу температурасы қорытпа элементтерінің толық еруін қамтамасыз ету үшін ерітіндімен өңдеудің қыздыру температурасына сәйкес келуі керек. Дәнекерлеу температурасы тым төмен, сондықтан қорытпа элементтері толығымен еруі мүмкін емес; егер дәнекерлеу температурасы тым жоғары болса, негізгі металл түйіршігі өсіп кетеді және материалдың қасиеттері термиялық өңдеуден кейін де қалпына келмейді. Құйылған негізді қорытпалардың қатты ерітінді температурасы жоғары, бұл әдетте дәнекерлеу температурасының тым жоғары болуына байланысты материалдың қасиеттеріне әсер етпейді.

Кейбір никель негізіндегі суперқорытпаларда, әсіресе тұнбамен күшейтілген қорытпаларда, кернеулі жарықшақ пайда болу үрдісі байқалады. Дәнекерлеу алдында процесте пайда болған кернеу толығымен алынып тасталуы керек, ал дәнекерлеу кезінде жылу кернеуі барынша азайтылуы керек.

(2) Никель негізіндегі қорытпадан жасалған дәнекерлеу материалын күміс негізінде, таза мыспен, никель негізінде және белсенді дәнекермен дәнекерлеуге болады. Қосылыстың жұмыс температурасы жоғары болмаған кезде күміс негізіндегі материалдарды пайдалануға болады. Күміс негізіндегі дәнекерлегіштердің көптеген түрлері бар. Дәнекерлеуді қыздыру кезіндегі ішкі кернеуді азайту үшін балқу температурасы төмен дәнекерді таңдаған дұрыс. Fb101 флюсін күміс негізіндегі толтырғыш металлмен дәнекерлеу үшін пайдалануға болады. Fb102 флюсі ең жоғары алюминий құрамы бар тұндыру арқылы күшейтілген суперқорытпамен дәнекерлеу үшін қолданылады және 10% ~ 20% натрий силикаты немесе алюминий флюсі (мысалы, fb201) қосылады. Дәнекерлеу температурасы 900 ℃-тан асқан кезде, fb105 флюсін таңдау керек.

Вакуумда немесе қорғаныш атмосферасында дәнекерлеу кезінде таза мысты дәнекерлеу толтырғыш металлы ретінде пайдалануға болады. Дәнекерлеу температурасы 1100 ~ 1150 ℃, ал қосылыс кернеулі жарықшақтарды тудырмайды, бірақ жұмыс температурасы 400 ℃-тан аспауы керек.

Никель негізіндегі дәнекерлеу толтырғыш металлы - жоғары температуралық өнімділігінің жоғарылығына және дәнекерлеу кезінде кернеудің пайда болуына байланысты суперқорытпаларда ең көп қолданылатын дәнекерлеу толтырғыш металлы. Никель негізіндегі дәнекерлеудегі негізгі қорытпа элементтері Cr, Si, B болып табылады, ал аз мөлшерде дәнекердің құрамында Fe, W және т.б. бар. Ni-cr-si-b-мен салыстырғанда, b-ni68crwb дәнекерлеу толтырғыш металлы B-ның негізгі металға түйіршікаралық енуін азайтып, балқу температурасының аралығын арттыра алады. Бұл жоғары температуралы жұмыс бөлшектері мен турбина қалақтарын дәнекерлеуге арналған дәнекерлеу толтырғыш металлы. Дегенмен, W құрамындағы дәнекердің сұйықтығы нашарлайды және қосылыс саңылауын бақылау қиын.

Белсенді диффузиялық дәнекерлеу толтырғыш металлында Si элементі жоқ және тотығуға және вулканизацияға төзімділігі жоғары. Дәнекерлеу температурасын дәнекер түріне байланысты 1150 ℃-тан 1218 ℃-қа дейін таңдауға болады. Дәнекерлеуден кейін, негізгі металлмен бірдей қасиеттерге ие дәнекерленген қосылысты 1066 ℃ диффузиялық өңдеуден кейін алуға болады.

(3) Дәнекерлеу процесінде никель негізіндегі қорытпа қорғаныш атмосфералық пеште, вакуумдық дәнекерлеуде және өтпелі сұйық фазалық қосылымда дәнекерлеуді қолдана алады. Дәнекерлеу алдында беті майсыздандырылып, зімпарамен жылтырату, киіз дөңгелекпен жылтырату, ацетонмен сүрту және химиялық тазалау арқылы тотық кетірілуі керек. Дәнекерлеу процесінің параметрлерін таңдаған кезде, флюс пен негізгі металл арасындағы күшті химиялық реакцияны болдырмау үшін қыздыру температурасы тым жоғары болмауы керек және дәнекерлеу уақыты қысқа болуы керек екенін ескеру қажет. Негізгі металдың жарылуын болдырмау үшін, суық өңделген бөлшектер дәнекерлеу алдында кернеуді азайтуы керек және дәнекерлеуді қыздыру мүмкіндігінше біркелкі болуы керек. Тұндырумен күшейтілген суперқорытпалар үшін бөлшектер алдымен қатты ерітіндімен өңделуі керек, содан кейін қартаюды күшейту өңдеуінен сәл жоғары температурада дәнекерленуі керек, соңында қартаюды өңдеу керек.

1) Қорғаныс атмосфералық пешінде дәнекерлеу Қорғаныс атмосфералық пешінде дәнекерлеу үшін қорғаныс газының жоғары тазалығы қажет. w (AL) және w (TI) 0,5%-дан аз суперқорытпалар үшін сутегі немесе аргон қолданылған кезде шық нүктесі -54 ℃-тан төмен болуы керек. Al және Ti мөлшері артқан кезде қорытпа беті қыздырылған кезде де тотығады. Келесі шараларды қолдану қажет; аз мөлшерде флюс (мысалы, fb105) қосып, флюспен оксид пленкасын алып тастаңыз; бөлшектердің бетіне 0,025 ~ 0,038 мм қалыңдықтағы жабын жағылады; дәнекерленетін материалдың бетіне алдын ала дәнекер шашыратыңыз; аз мөлшерде газ ағынын, мысалы, бор трифторидін қосыңыз.

2) Вакуумдық дәнекерлеу Вакуумдық дәнекерлеу қорғаныс әсерін және дәнекерлеу сапасын жақсарту үшін кеңінен қолданылады. Әдеттегі никель негізіндегі суперқорытпа қосылыстарының механикалық қасиеттерін 15-кестеден қараңыз. w (AL) және w (TI) 4%-дан аз суперқорытпалар үшін бетіне 0,01 ~ 0,015 мм никель қабатын электродтық жабынмен қаптаған дұрыс, дегенмен дәнекердің сулануын арнайы алдын ала өңдеусіз қамтамасыз етуге болады. w (AL) және w (TI) 4%-дан асқан кезде никель жабынының қалыңдығы 0,020,03 мм болуы керек. Тым жұқа жабынның қорғаныс әсері жоқ, ал тым қалың жабын қосылыстың беріктігін төмендетеді. Дәнекерленетін бөлшектерді вакуумдық дәнекерлеу үшін қорапқа салуға болады. Қорапты геттермен толтыру керек. Мысалы, Zr жоғары температурада газды сіңіреді, бұл қорапта жергілікті вакуум түзуі мүмкін, осылайша қорытпа бетінің тотығуына жол бермейді.

15-кесте. Әдеттегі никель негізіндегі суперқорытпалардың вакуумдық дәнекерленген қосылыстарының механикалық қасиеттері.

Superalloy дәнекерленген қосылысының микроқұрылымы мен беріктігі дәнекерлеу саңылауына байланысты өзгереді, ал дәнекерлеуден кейінгі диффузиялық өңдеу қосылыс саңылауының рұқсат етілген максималды мәнін одан әрі арттырады. Мысал ретінде Inconel қорытпасын алсақ, b-ni82crsib-пен дәнекерленген Inconel қосылысының максималды саңылауы 1000 ℃ температурада 1 сағат бойы диффузиялық өңдеуден кейін 90 мкм-ге жетуі мүмкін; Дегенмен, b-ni71crsib-пен дәнекерленген қосылыстар үшін 1000 ℃ температурада 1 сағат бойы диффузиялық өңдеуден кейін максималды саңылау шамамен 50 мкм құрайды.

3) Өтпелі сұйық фазалық қосылыс Өтпелі сұйық фазалық қосылыс толтырғыш металл ретінде балқу температурасы негізгі металдан төмен болатын қабатаралық қорытпаны (қалыңдығы шамамен 2,5 ~ 100 мкм) пайдаланады. Аз қысымда (0 ~ 0,007 мПа) және тиісті температурада (1100 ~ 1250 ℃) қабатаралық материал алдымен негізгі металды балқытып, ылғалдандырады. Элементтердің тез диффузиясына байланысты қосылысты қалыптастыру үшін қосылыста изотермиялық қатаю жүреді. Бұл әдіс негізгі металл бетінің сәйкестік талаптарын айтарлықтай азайтады және дәнекерлеу қысымын төмендетеді. Өтпелі сұйық фазалық қосылыстың негізгі параметрлері - қысым, температура, ұстап тұру уақыты және қабатаралықтың құрамы. Дәнекерлеудің қосылыс бетін жақсы жанасу үшін аз қысым қолданыңыз. Қыздыру температурасы мен уақыты қосылыстың жұмысына үлкен әсер етеді. Егер қосылыс негізгі металл сияқты берік болуы керек және негізгі металдың жұмысына әсер етпесе, жоғары температура (мысалы, ≥ 1150 ℃) және ұзақ уақыт (мысалы, 8 ~ 24 сағат) қосылу процесінің параметрлері қабылдануы керек; егер қосылыстың қосылу сапасы төмендесе немесе негізгі металл жоғары температураға төтеп бере алмаса, төмен температура (1100 ~ 1150 ℃) және қысқа уақыт (1 ~ 8 сағат) қолданылуы керек. Аралық қабат қосылған негізгі металл құрамын негізгі құрам ретінде алып, B, Si, Mn, Nb және т.б. сияқты әртүрлі салқындату элементтерін қосуы керек. Мысалы, Udimet қорытпасының құрамы ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, ал өтпелі сұйық фазалық қосылыс үшін аралық қабаттың құрамы b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Осы элементтердің барлығы NiCr немесе NiCrCo қорытпаларының балқу температурасын ең төменгі деңгейге дейін төмендете алады, бірақ B әсері ең айқын. Сонымен қатар, B жоғары диффузия жылдамдығы қабатаралық қорытпа мен негізгі металды тез гомогендей алады.