Süper Alaşımların Lehimlenmesi

Süper Alaşımların Lehimlenmesi

(1) Süper alaşımların lehimleme özellikleri üç kategoriye ayrılabilir: nikel bazlı, demir bazlı ve kobalt bazlı. İyi mekanik özelliklere, oksidasyon direncine ve yüksek sıcaklıklarda korozyon direncine sahiptirler. Nikel bazlı alaşımlar, pratik üretimde en yaygın kullanılanlardır.

Süper alaşım daha fazla Cr içerir ve ısıtma sırasında yüzeyde çıkarılması zor olan Cr2O3 oksit filmi oluşur. Nikel esaslı süper alaşımlar, ısıtıldığında oksitlenmesi kolay Al ve Ti içerir. Bu nedenle, ısıtma sırasında süper alaşımların oksidasyonunu önlemek veya azaltmak ve oksit filmini çıkarmak lehimleme sırasındaki temel sorundur. Akıdaki boraks veya borik asit, lehimleme sıcaklığında ana metalin korozyonuna neden olabileceğinden, reaksiyondan sonra çökelen bor ana metale nüfuz ederek taneler arası sızmaya neden olabilir. Yüksek Al ve Ti içerikli döküm nikel esaslı alaşımlar için, ısıtma sırasında alaşım yüzeyinde oksidasyonu önlemek için lehimleme sırasında sıcak haldeki vakum derecesi 10-2 ~ 10-3Pa'dan az olmamalıdır.

Çözelti ile güçlendirilmiş ve çökelti ile güçlendirilmiş nikel bazlı alaşımlar için, alaşım elementlerinin tamamen çözünmesini sağlamak amacıyla lehimleme sıcaklığı, çözelti işleminin ısıtma sıcaklığıyla tutarlı olmalıdır. Lehimleme sıcaklığı çok düşükse, alaşım elementleri tamamen çözünemez; lehimleme sıcaklığı çok yüksekse, baz metal tanecikleri büyür ve ısıl işlemden sonra bile malzeme özellikleri eski haline dönemez. Döküm bazlı alaşımların katı çözünme sıcaklığı yüksektir ve bu durum genellikle çok yüksek lehimleme sıcaklığı nedeniyle malzeme özelliklerini etkilemez.

Bazı nikel bazlı süper alaşımlar, özellikle çökelmeyle güçlendirilmiş alaşımlar, gerilim çatlağı oluşumuna eğilimlidir. Lehimlemeden önce, işlem sırasında oluşan gerilim tamamen giderilmeli ve lehimleme sırasında oluşan termal gerilim en aza indirilmelidir.

(2) Lehimleme malzemesi nikel bazlı alaşım, gümüş bazlı, saf bakır, nikel bazlı ve aktif lehim ile lehimlenebilir. Bağlantı noktasının çalışma sıcaklığı yüksek olmadığında, gümüş bazlı malzemeler kullanılabilir. Birçok gümüş bazlı lehim çeşidi mevcuttur. Lehimleme sırasında oluşan iç gerilimi azaltmak için, düşük erime sıcaklığına sahip bir lehim seçmek en iyisidir. Gümüş bazlı dolgu metali ile lehimleme için Fb101 akısı kullanılabilir. En yüksek alüminyum içeriğine sahip çökelmeyle güçlendirilmiş süper alaşımların lehimlenmesi için Fb102 akısı kullanılır ve %10 ila %20 oranında sodyum silikat veya alüminyum akısı (örneğin fb201) eklenir. Lehimleme sıcaklığı 900 ℃'yi aştığında, fb105 akısı seçilmelidir.

Vakum veya koruyucu atmosferde lehimleme yaparken, lehim dolgu metali olarak saf bakır kullanılabilir. Lehimleme sıcaklığı 1100 ~ 1150 ℃'dir ve bağlantıda gerilim çatlağı oluşmaz, ancak çalışma sıcaklığı 400 ℃'yi geçmemelidir.

Nikel bazlı lehim dolgu metali, iyi yüksek sıcaklık performansı ve lehimleme sırasında gerilim çatlağı oluşmaması nedeniyle Süper Alaşımlarda en yaygın kullanılan lehim dolgu metalidir. Nikel bazlı lehimdeki ana alaşım elementleri Cr, Si, B'dir ve az miktarda lehim de Fe, W vb. içerir. Ni-cr-si-b ile karşılaştırıldığında, b-ni68crwb lehim dolgu metali, B'nin ana metale taneler arası sızmasını azaltabilir ve erime sıcaklığı aralığını artırabilir. Yüksek sıcaklıkta çalışan parçaların ve türbin kanatlarının lehimlenmesi için bir lehim dolgu metalidir. Ancak, W içeren lehimin akışkanlığı kötüleşir ve ek yeri boşluğunun kontrolü zorlaşır.

Aktif difüzyon lehim dolgu metali Si elementi içermez ve mükemmel oksidasyon ve vulkanizasyon direncine sahiptir. Lehimleme sıcaklığı, lehim türüne göre 1150 ℃ ile 1218 ℃ arasında seçilebilir. Lehimlemeden sonra, 1066 ℃ difüzyon işlemi uygulanarak ana metalle aynı özelliklere sahip lehimli birleşim elde edilebilir.

(3) Nikel bazlı alaşımlı lehimleme işlemi, koruyucu atmosfer fırınında, vakumlu lehimlemede ve geçici sıvı faz bağlantısında lehimlemeyi benimseyebilir. Lehimlemeden önce yüzey yağdan arındırılmalı ve zımpara kağıdı ile parlatma, keçeli tekerlek ile parlatma, asetonla ovma ve kimyasal temizleme ile oksit giderilmelidir. Lehimleme işlemi parametreleri seçilirken, akı ile ana metal arasında güçlü bir kimyasal reaksiyon oluşmasını önlemek için ısıtma sıcaklığının çok yüksek olmaması ve lehimleme süresinin kısa olması gerektiği unutulmamalıdır. Ana metalin çatlamasını önlemek için, soğuk işlenmiş parçalar kaynak işleminden önce gerilim giderme işlemine tabi tutulmalı ve kaynak ısıtması mümkün olduğunca homojen olmalıdır. Çökelme 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 yaşlandırma işlemine tabi tutulmalıdır.

1) Koruyucu atmosfer fırınında lehimleme Koruyucu atmosfer fırınında lehimleme, yüksek saflıkta koruyucu gaz gerektirir. w (AL) ve w (TI) değerleri %0,5'ten az olan süper alaşımlar için, hidrojen veya argon kullanıldığında çiğlenme noktası -54 ℃'den düşük olmalıdır. Al ve Ti içeriği artsa bile, alaşım yüzeyi ısıtıldığında oksitlenmeye devam eder. Aşağıdaki önlemler alınmalıdır: Az miktarda akı (örneğin fb105) ekleyin ve oksit filmini akı ile giderin; Parçaların yüzeyine 0,025 ~ 0,038 mm kalınlığında bir kaplama kaplayın; Lehim, lehimlenecek malzemenin yüzeyine önceden püskürtün; Bor triflorür gibi az miktarda gaz akısı ekleyin.

2) Vakumlu lehimleme Vakumlu lehimleme, daha iyi koruma etkisi ve lehim kalitesi elde etmek için yaygın olarak kullanılır. Tipik nikel bazlı süper alaşım bağlantılarının mekanik özellikleri için Tablo 15'e bakınız. w (AL) ve w (TI) değerleri %4'ten az olan süper alaşımlar için, yüzeye 0,01 ~ 0,015 mm nikel tabakası elektrolizle kaplanması daha iyidir, ancak lehimin ıslatılması özel bir ön işlem gerektirmeden de sağlanabilir. w (AL) ve w (TI) değerleri %4'ü aştığında, nikel kaplamanın kalınlığı 0,020,03 mm olmalıdır. Çok ince kaplamanın koruyucu etkisi yoktur ve çok kalın kaplama, bağlantının mukavemetini azaltır. Kaynaklanacak parçalar vakumlu lehimleme için kutuya da yerleştirilebilir. Kutu, gaz giderici ile doldurulmalıdır. Örneğin, Zr yüksek sıcaklıkta gazı emer ve bu da kutuda lokal bir vakum oluşturabilir ve böylece alaşım yüzeyinin oksidasyonunu önler.

Tablo 15 Tipik nikel bazlı süper alaşımların Vakum Lehimli Eklemlerinin mekanik özellikleri

Süperalaşımdan lehimlenmiş birleşimlerin mikro yapısı ve mukavemeti, lehimleme aralığına bağlı olarak değişir ve lehimleme sonrası difüzyon işlemi, birleştirme aralığının izin verilen maksimum değerini daha da artıracaktır. Örnek olarak Inconel alaşımını ele alırsak, b-ni82crsib ile lehimlenmiş birleşimlerin maksimum aralığı, 1000 ℃'de 1H boyunca difüzyon işleminden sonra 90 µm'ye ulaşabilir; ancak b-ni71crsib ile lehimlenmiş birleşimlerde, 1000 ℃'de 1H boyunca difüzyon işleminden sonra maksimum aralık yaklaşık 50 µm'dir.

3) Geçici sıvı faz bağlantısı Geçici sıvı faz bağlantısı, dolgu metali olarak erime noktası temel metalden daha düşük olan ara katman alaşımını (yaklaşık 2,5 ~ 100 um kalınlığında) kullanır. Düşük bir basınç (0 ~ 0,007 mpa) ve uygun bir sıcaklık (1100 ~ 1250 ℃) altında, ara katman malzemesi önce temel metali eritir ve nemlendirir. Elementlerin hızlı difüzyonu nedeniyle, eklemde izotermal katılaşma meydana gelerek eklemi oluşturur. Bu yöntem, temel metal yüzeyinin eşleşme gereksinimlerini büyük ölçüde azaltır ve kaynak basıncını düşürür. Geçici sıvı faz bağlantısının temel parametreleri basınç, sıcaklık, tutma süresi ve ara katmanın bileşimidir. Kaynak yüzeyinin iyi temas halinde kalması için daha az basınç uygulayın. Isıtma sıcaklığı ve süresi, eklemin performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Eğer bağlantının temel metal kadar güçlü olması ve temel metalin performansını etkilememesi gerekiyorsa, yüksek sıcaklık (örneğin ≥ 1150 ℃) ve uzun süre (örneğin 8 ~ 24 saat) bağlantı işlem parametreleri benimsenmelidir; eğer bağlantının bağlantı kalitesi düşerse veya temel metal yüksek sıcaklığa dayanamazsa, daha düşük bir sıcaklık (1100 ~ 1150 ℃) ve daha kısa bir süre (1 ~ 8 saat) kullanılmalıdır. Ara katman, temel bileşim olarak bağlı temel metal bileşimini almalı ve B, Si, Mn, Nb vb. gibi farklı soğutma elemanları eklemelidir. Örneğin, Udimet alaşımının bileşimi ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo'dur 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. Ayrıca, B'nin yüksek difüzyon hızı, ara katman alaşımını ve temel metali hızla homojenleştirebilir.