GH4169合金瞬時(shí)液相連接及后熱處理工藝與機(jī)理研究.pdf

1、本文針對(duì)空心渦輪盤連接的實(shí)際工程課題需求,對(duì)GH4169高溫合金的瞬時(shí)液相連接進(jìn)行了研究。分別以BNi2和自配釬料為中間層,利用掃描電鏡、能譜分析、X射線衍射分析等方法分析了接頭界面結(jié)構(gòu),研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響規(guī)律,探討了瞬時(shí)液相連接GH4169高溫合金的連接機(jī)理,并對(duì)接頭進(jìn)行了焊后熱處理,研究了后熱處理對(duì)接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響,簡要分析了后熱處理對(duì)接頭的影響機(jī)制。
　　以BNi2為中間層對(duì)GH4169

2、高溫合金進(jìn)行了連接,重點(diǎn)分析了接頭界面結(jié)構(gòu)。常規(guī)工藝得到的接頭由等溫凝固區(qū)和化合物擴(kuò)散區(qū)組成,等溫凝固區(qū)中心晶界處存在少量尺寸較小的Ni-Si-Nb三元化合物,擴(kuò)散區(qū)主要由不同形態(tài)的Cr的硼化物和Cr-Mo-Nb的硼化物組成,隨連接溫度的增加或連接時(shí)間的增長, Ni-Si-Nb三元化合物尺寸增加且變連續(xù),硼化物分布更加彌散。嘗試采用改進(jìn)的連接工藝對(duì)接頭反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行控制,高溫連接/低溫?cái)U(kuò)散接頭中仍存在較多的化合物,隨低溫?cái)U(kuò)散時(shí)間的增長,化

3、合物數(shù)量減少但不會(huì)消除,前期控制沒有明顯改善作用;低溫連接/高溫?cái)U(kuò)散接頭中化合物數(shù)量明顯減少,高溫?cái)U(kuò)散溫度為1180℃時(shí)原始化合物分區(qū)現(xiàn)象消失,接頭組織均勻,對(duì)化合物進(jìn)行后期控制得到了較好效果。
　　研究了工藝參數(shù)對(duì)BNi2連接接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律,工藝參數(shù)對(duì)常規(guī)工藝連接接頭抗拉強(qiáng)度的影響均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)連接溫度1050℃、連接時(shí)間120min時(shí),接頭最高抗拉強(qiáng)度為1074MPa,達(dá)到焊后母材的93.4％,斷裂主要發(fā)

4、生在擴(kuò)散區(qū),接頭塑性較小;低溫?cái)U(kuò)散時(shí)間對(duì)高溫連接/低溫?cái)U(kuò)散接頭抗拉強(qiáng)度的影響不明顯,當(dāng)?shù)蜏財(cái)U(kuò)散時(shí)間為240min時(shí),接頭強(qiáng)度最高為603MPa,斷裂發(fā)生在焊縫處,斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征;高溫?cái)U(kuò)散溫度對(duì)低溫連接/高溫?cái)U(kuò)散接頭影響較大,高溫?cái)U(kuò)散溫度為1180℃時(shí)接頭延伸率達(dá)35%,實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)液相連接接頭與母材的同步塑性變形。
　　以GH4169高溫合金主要元素為基體,自行配置了Ni-Cr-Fe-Si-B釬料,其中基體成分Ni、Cr、Fe

5、三種元素質(zhì)量比與GH4169高溫合金相同,降熔元素 B和Si的含量分別為2 wt.%和4 wt.%,強(qiáng)化元素Nb、Mo、Ti的含量分別為5.1wt.%、2.9wt.%和0.9wt.%。以自配釬料為中間層對(duì)GH4169高溫合金進(jìn)行了連接,研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響規(guī)律。常規(guī)連接工藝所得接頭由碎小的Ni-Si-Nb三元化合物和擴(kuò)散區(qū)的硼化物組成,連接溫度對(duì)界面結(jié)構(gòu)的影響更為明顯,改變工藝參數(shù)無法大量消除界面存在的化合物,接

6、頭強(qiáng)度低塑性差;低溫連接/高溫?cái)U(kuò)散接頭無論從組織結(jié)構(gòu)還是元素分布上都達(dá)到了高度均勻性,優(yōu)于BNi2連接接頭,此時(shí)接頭延伸率超過50%。
　　為了進(jìn)一步優(yōu)化連接質(zhì)量,研究了后熱處理對(duì)接頭界面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響。熱處理之后,BNi2連接接頭的等溫凝固區(qū)重新生成了Ni-Si-Nb三元化合物,自配釬料連接接頭局部析出了少量Cr-Mo-Nb的硼化物,相比之下后者接頭更加純凈。后熱處理顯著提升了低溫連接/高溫?cái)U(kuò)散接頭強(qiáng)度,1050℃/60m

7、in+1180℃/60min(BNi2)接頭室溫抗拉強(qiáng)度為1130MPa,達(dá)熱處理后母材的92.6%,延伸率為5%～7%,高溫強(qiáng)度為850MPa,延伸率約5%,斷裂在焊縫處;1150℃/60min+1185℃/60min(Ni-Cr-Fe-Si-B)接頭室溫抗拉強(qiáng)度為1075MPa,達(dá)到熱處理后母材的93.8%,延伸率為10%,高溫強(qiáng)度略低于前者接頭,但斷裂路徑由焊縫擴(kuò)展向母材,高溫強(qiáng)度可達(dá)母材的95%以上，接頭延伸率仍為10%左右。<