Süper Alaşımların Lehimlenmesi

Süper Alaşımların Lehimlenmesi

(1) Lehimleme özelliklerine sahip süper alaşımlar üç kategoriye ayrılabilir: nikel bazlı, demir bazlı ve kobalt bazlı.Yüksek sıcaklıklarda iyi mekanik özelliklere, oksidasyon direncine ve korozyon direncine sahiptirler.Nikel bazlı alaşım, pratik üretimde en yaygın olarak kullanılan alaşımdır.

Süper alaşım daha fazla Cr içerir ve ısıtma sırasında yüzeyde çıkarılması zor olan Cr2O3 oksit filmi oluşur.Nikel bazlı süper alaşımlar, ısıtıldığında oksitlenmesi kolay olan Al ve Ti içerir.Bu nedenle, süper alaşımların ısıtma sırasında oksidasyonunu önlemek veya azaltmak ve oksit filminin çıkarılması, lehimleme sırasında birincil problemdir.Akıdaki boraks veya borik asit, lehimleme sıcaklığında ana metalin korozyonuna neden olabileceğinden, reaksiyondan sonra çöken bor, ana metale nüfuz ederek taneler arası sızma ile sonuçlanabilir.Yüksek Al ve Ti içeriğine sahip nikel bazlı döküm alaşımları için, ısıtma sırasında alaşım yüzeyinde oksidasyonu önlemek için sıcak durumdaki vakum derecesi lehimleme sırasında 10-2 ~ 10-3pa'dan az olmamalıdır.

Çözelti ile güçlendirilmiş ve çökelme ile güçlendirilmiş nikel bazlı alaşımlar için, alaşım elementlerinin tam çözünmesini sağlamak için lehimleme sıcaklığı, çözelti işleminin ısıtma sıcaklığı ile tutarlı olmalıdır.Lehimleme sıcaklığı çok düşüktür ve alaşım elementleri tamamen çözülemez;Sert lehim sıcaklığı çok yüksekse, ana metal tanesi büyür ve ısıl işlemden sonra bile malzeme özellikleri eski haline gelmez.Dökme esaslı alaşımların katı çözelti sıcaklığı yüksektir ve bu durum genellikle çok yüksek lehim sıcaklığı nedeniyle malzeme özelliklerini etkilemez.

Bazı nikel bazlı süper alaşımlar, özellikle çökelme ile güçlendirilmiş alaşımlar, gerilim çatlaması eğilimine sahiptir.Lehimlemeden önce proseste oluşan stres tamamen ortadan kaldırılmalı ve lehimleme sırasında termal stres en aza indirilmelidir.

(2) Lehimleme malzemesi nikel bazlı alaşım, gümüş bazlı, saf bakır, nikel bazlı ve aktif lehim ile lehimlenebilir.Derzin çalışma sıcaklığı yüksek olmadığında gümüş esaslı malzemeler kullanılabilir.Gümüş bazlı lehimlerin birçok çeşidi vardır.Lehimleme ısıtması sırasında iç gerilimi azaltmak için, düşük erime sıcaklığına sahip lehimi seçmek en iyisidir.Fb101 flux, gümüş bazlı dolgu metali ile lehimleme için kullanılabilir.Fb102 flux, en yüksek alüminyum içeriğine sahip çökeltme ile güçlendirilmiş süper alaşımın lehimlenmesi için kullanılır ve %10 ~ %20 sodyum silikat veya alüminyum flux (fb201 gibi) eklenir.Lehimleme sıcaklığı 900 ℃'yi aştığında, fb105 akı seçilecektir.

Vakumda veya koruyucu atmosferde lehimlendiğinde, lehim dolgu metali olarak saf bakır kullanılabilir.Lehimleme sıcaklığı 1100 ~ 1150 ℃'dir ve eklem gerilme çatlaması oluşturmaz, ancak çalışma sıcaklığı 400 ℃'yi geçmemelidir.

Nikel bazlı sert lehim dolgu metali, iyi yüksek sıcaklık performansı ve lehimleme sırasında gerilme çatlaması olmaması nedeniyle Süper Alaşımlarda en yaygın kullanılan sert lehim dolgu metalidir.Nikel bazlı lehimdeki ana alaşım elementleri Cr, Si, B'dir ve az miktarda lehim ayrıca Fe, W vb. Içerir. Ni-cr-si-b ile karşılaştırıldığında, b-ni68crwb lehim dolgu metali taneler arası sızmayı azaltabilir B'yi ana metale dönüştürün ve erime sıcaklığı aralığını artırın.Yüksek sıcaklıkta çalışan parçaların ve türbin kanatlarının lehimlenmesi için sert lehim dolgu metalidir.Bununla birlikte, W içeren lehimin akışkanlığı daha da kötüleşir ve bağlantı boşluğunu kontrol etmek zordur.

Aktif difüzyon lehimleme dolgu metali Si elementi içermez ve mükemmel oksidasyon direncine ve vulkanizasyon direncine sahiptir.Lehimleme sıcaklığı, lehim tipine göre 1150 ℃ ila 1218 ℃ arasında seçilebilir.Sert lehimlemeden sonra, 1066 ℃ difüzyon işleminden sonra ana metal ile aynı özelliklere sahip lehimli bağlantı elde edilebilir.

(3) Lehimleme işlemi nikel bazlı alaşım, koruyucu atmosfer fırınında, vakumlu lehimlemede ve geçici sıvı faz bağlantısında lehimleme yapabilir.Sert lehimlemeden önce yüzey yağdan arındırılmalı ve zımpara kağıdı ile polisaj, keçe çarkı ile polisaj, asetonla ovma ve kimyasal temizleme ile oksitten arındırılmalıdır.Lehimleme prosesi parametreleri seçilirken, eritken ile ana metal arasında güçlü kimyasal reaksiyonu önlemek için ısıtma sıcaklığının çok yüksek olmaması ve lehimleme süresinin kısa olması gerektiğine dikkat edilmelidir.Ana metalin çatlamasını önlemek için, soğuk işlenmiş parçalar kaynak öncesi gerilimden arındırılmalı ve kaynak ısıtması mümkün olduğunca üniform olmalıdır.Çökeltme ile güçlendirilmiş süper alaşımlar için, parçalar önce katı çözelti işlemine tabi tutulmalı, ardından yaşlandırma güçlendirme işleminden biraz daha yüksek bir sıcaklıkta lehimlenmeli ve son olarak eskitme işlemine tabi tutulmalıdır.

1) Koruyucu atmosferli fırında lehimleme Koruyucu atmosferli fırında lehimleme, yüksek saflıkta koruyucu gaz gerektirir.w (AL) ve w (TI) % 0,5'ten az olan süper alaşımlar için, hidrojen veya argon kullanıldığında çiy noktası -54 ℃'den düşük olacaktır.Al ve Ti içeriği arttığında, ısıtıldığında alaşım yüzeyi hala oksitlenir.Aşağıdaki önlemler alınmalıdır;Az miktarda akı (fb105 gibi) ekleyin ve oksit filmini akı ile çıkarın;Parçaların yüzeyine 0.025 ~ 0.038mm kalınlığında kaplama kaplanır;Lehimlenecek malzemenin yüzeyine önceden lehim püskürtün;Bor triflorür gibi az miktarda gaz akışı ekleyin.

2) Vakumlu lehimleme Vakumlu lehimleme, daha iyi koruma etkisi ve lehimleme kalitesi elde etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.Tipik nikel bazlı süper alaşımlı bağlantıların mekanik özellikleri için tablo 15'e bakın.w (AL) ve w (TI) %4'ten az olan süper alaşımlar için, lehimin ıslanması özel bir ön işlem olmadan sağlanabilmesine rağmen, yüzeyde 0,01 ~ 0,015 mm nikel tabakası elektrolizle kaplamak daha iyidir.w (AL) ve w (TI) %4'ü aştığında, nikel kaplamanın kalınlığı 0.020.03 mm olacaktır.Çok ince kaplamanın koruyucu etkisi yoktur ve çok kalın kaplama derzin mukavemetini azaltır.Kaynak yapılacak parçalar vakumlu lehimleme için kutuya da yerleştirilebilir.Kutu alıcı ile doldurulmalıdır.Örneğin, Zr, kutuda yerel bir vakum oluşturabilen ve böylece alaşım yüzeyinin oksidasyonunu önleyen yüksek sıcaklıkta gazı emer.

Tablo 15 Tipik nikel bazlı süper alaşımların Vakumlu Lehimli Bağlantılarının mekanik özellikleri

Süper alaşımın sert lehimli bağlantısının mikro yapısı ve mukavemeti, lehim boşluğu ile değişir ve lehimleme sonrası difüzyon işlemi, eklem boşluğunun izin verilen maksimum değerini daha da artıracaktır.Örnek olarak Inconel alaşımı alınırsa, b-ni82crsib ile lehimlenmiş Inconel ekleminin maksimum boşluğu, 1H için 1000 ℃'de difüzyon işleminden sonra 90um'a ulaşabilir;Bununla birlikte, b-ni71crsib ile lehimlenmiş derzler için, 1 saat boyunca 1000 ℃'de difüzyon işleminden sonra maksimum boşluk yaklaşık 50 um'dir.

3) Geçici sıvı faz bağlantısı Geçici sıvı faz bağlantısı, dolgu metali olarak erime noktası ana metalden daha düşük olan ara katman alaşımını (yaklaşık 2.5 ~ 100um kalınlığında) kullanır.Küçük bir basınç (0 ~ 0.007mpa) ve uygun bir sıcaklık (1100 ~ 1250 ℃) altında, ara katman malzemesi önce ana metali erir ve nemlendirir.Elemanların hızlı difüzyonu nedeniyle, eklemi oluşturmak için eklemde izotermal katılaşma meydana gelir.Bu yöntem, ana metal yüzeyinin eşleştirme gereksinimlerini büyük ölçüde azaltır ve kaynak basıncını azaltır.Geçici sıvı faz bağlantısının ana parametreleri basınç, sıcaklık, tutma süresi ve ara katmanın bileşimidir.Kaynaklı birleştirme yüzeyini iyi temas halinde tutmak için daha az basınç uygulayın.Isıtma sıcaklığı ve süresinin derz performansı üzerinde büyük etkisi vardır.Bağlantının ana metal kadar güçlü olması gerekiyorsa ve ana metalin performansını etkilemiyorsa, yüksek sıcaklık (≥ 1150 ℃ gibi) ve uzun süre (8 ~ 24 saat gibi) bağlantı işlemi parametreleri olmalıdır. kabul edilen;Ek yerinin bağlantı kalitesi düşerse veya ana metal yüksek sıcaklığa dayanamıyorsa, daha düşük bir sıcaklık (1100 ~ 1150 ℃) ve daha kısa bir süre (1 ~ 8h) kullanılmalıdır.Ara katman, temel bileşim olarak bağlı ana metal bileşimini alacak ve B, Si, Mn, Nb, vb. gibi farklı soğutma elemanları ekleyecektir. Örneğin, Udimet alaşımının bileşimi ni-15cr-18.5co-4.3'tür. al-3.3ti-5mo ve geçici sıvı faz bağlantısı için ara katmanın bileşimi b-ni62.5cr15co15mo5b2.5'tir.Tüm bu elementler, Ni Cr veya Ni Cr Co alaşımlarının erime sıcaklığını en düşük seviyeye indirebilir, ancak B'nin etkisi en belirgin olanıdır.Ek olarak, B'nin yüksek difüzyon hızı, ara katman alaşımını ve ana metali hızla homojenleştirebilir.