采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能.pdf

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采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能1 采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能2 采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能3 采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能4 采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能5 采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能6
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采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能73采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能MicrostructureandPropertyofBrazedwithBNi68CrWBFillertheGH783JointMetal刘文慧,郭绍庆,叶雷,毛唯,周标(北京航空材料研究院焊接及锻压工艺研究室,北京100095)——LIUWenhui,GU0Shaoqing,YELei,MAoWei,ZHOUBiao(IaboratoryofWeldingandForging,BeijingInstituteofAeronauticalMaterials,Beijing100095,China)摘要:选用BNi68CrWB钎料,对低膨胀高温合金GH783的钎焊工艺及接头组织性能进行研究。研究表明,采取℃BNi68CrWB钎料、钎焊规范为1180/10min,钎焊试样焊后进行完全热处理,获得钎焊接头室温拉伸强度最高达到℃701MPa,接头650拉伸强度最高达到了696MPa;钎焊接头的组织由镍一钴基7固溶体、共晶及其他脆性化合物相构成;钎焊间隙不同,接头中固溶体所占比例不同,0.05mm间隙中元素扩散较充分,接头以固溶体为主,共晶及其他脆性化合物相较少。钎焊间隙对接头性能影响较大,0.05ram钎焊间隙的接头强度明显高于0.1mm间隙接头。关键词:镍基高温合金;GH783;钎焊;接头;力学性能中图分类号:TG454文献标识码:A———文章编号:1O。14381(2010)06007305—Abstract:ThevacuumbrazingtestofGH783wascarriedoutbyusingBNi68CrWBfiller.MicrostructureandpropertyofthebrazedGH783jointwereinvestigated.Thetensilestrengthofthejointwasquitehighundertheheatingconditionof1180 ̄C/10min.Allofthebrazedjointsweresubjectedtoheattreatment.Themaximumjointtensilestrengthatroomtemperaturereaches701MPa,andat650 ̄Cthemaximumjointtensilestrengthreaches696MPa.Microstructureofthebrazedjointconsists—ofnickelcobaltbased7solution,eutecticandotherbrittlephases.Theratioofthesolutioninthejointwasdifferentwhenthejointclearancewaschanged.Elementsinthejointwith0.05mmjointclearancediffusemoreadequately,resultinginalowercontentofeutecticandotherbrittlephasesandhighercontentofsolution.Thejointclearancehasaninfluenceonthejointstrength.Comparedwith0.1mmjointclearance,thetensilestrengthofthejointwitho.05mmjointclearanceisremarkablyhigher.Keywords:nickelbasedsuperalloy;GH783;barzing;joint;mechanicalproperty低膨胀高温合金是20世纪7O年代发展起来的一类新型工程材料,早期开发的Incoloy903,Incoloy907,Incoloy909合金虽然具有低的膨胀系数,但高温抗氧化性相对较差。INCO国际合金公司通过添加较低水平的Cr和提高A1含量(质量分数>5),成功——研制了新型低膨胀高温合金Inconel783合金口],该合金既保持了低的膨胀系数,同时通过相(NiA1)沉淀细化晶粒口,4],提高了应力诱发晶界氧化开裂(SAGBo)抗力,改善了以丫为强化相的丫基体的断裂韧性。国内目前已初步研制出与Inconel783合金相当的GH783合金。低膨胀高温合金具有高强度和低膨胀系数相结合的独特性能,具有良好的冷热疲劳性能,耐热冲击、抗高压氢脆。航空工业上低膨胀高温合金l_7主要用于涡轮发动机机匣、涡轮外环以及封严圈、蜂窝支撑等零部件的制造,以缩小叶片与机匣、封套之间的间隙,降低燃气损失,提高发动机的推力和效率。在航天工业上,可用于火箭发动机的主燃烧室、涡轮泵、喷嘴等氢气环境下服役的构件。因此低膨胀高温合金在航空航天领域的应用前景广阔。GH783等低膨胀高温合金要在高性能发动机上应用,不可避免的需要进行钎焊工艺连接。目前关于GH783钎焊方面的研究鲜见报道,与其比较接近的其他低膨胀高温合金如GH907曾有过报道_8],使用了采用BNi68CrWB钎料钎焊GH783的接头组织与性能77固溶体逐渐消失,当等温凝固过程结束时,残余液体转变成共晶组织分布在钎缝中央n。钎焊后为进一步使Si,B等脆性化合物相形成元素向基体扩散,相对而言选择了一个比较高的热处理℃制度l121/60min,同时此制度也是GH783母材的标准固溶处理制度,可以消除部分钎焊过程中形成的有损母材性能的化合物相,并且热处理后也未发现钎料重熔现象。钎焊及热处理后,钎料中的si元素部分扩散至GH783基体中。另外,文献[9,12]分析,钎料中B元素向母材的扩散渗入并在近缝区生成了硼化物相,由此推断,钎料中的B元素部分扩散进入母材,部分与Cr,Nb,W,Fe结合形成了化合物,A1元素在接头中的分布主要存在于中,因为Co元素的扩散导致Al元素在基体中的溶解度降低,从而增加7的数量l】]。等温凝固过程进行的越充分,钎缝中残余液体越少,钎缝中央的共晶越少,钎缝中固溶体占的比例越高,钎缝强度相应提高。接头组织与母材组织不同可能是接头强度低于母材强度的主要原因。Fe,Ni,Co三种7基体形成元素在钎缝中的所占的比例与它们在GH783母材中的所占的比例差别较大,GH783母材中Co/Ni约为1.26,“”图2(a)中1处即钎缝中央处的Co/Ni约为0.55,从图4中也可以看到钎缝中央的Co/Ni明显小于GH783母材中的Co/Ni。据文献报道,增加Co/Ni比可提高合金的强度、塑性及抗氧化性[1,还可降低裂纹的生长速率一。另外,GH783是以丫为基体,通过B相和相强化的高温合金,而钎缝中央几乎不存在相(图3中没有看到明显的l3一NiA1衍射峰)。℃间隙为0.05mm的接头室温和650拉伸强度比0。1mlTl接头的高。分析原因认为:脆性化合物相的含量、大小及分布对接头的力学性能有很大影响。脆性化合物相越大、含量越高、分布越连续,接头强度降低越明显。对比图1,2可以发现,间隙为0.05mm的接头组织中存在的化合物相对较少。这是因为问隙较小时,钎料中B,Si等脆性化合物形成元素含量小,并且扩散距离短,在钎焊时间内扩散较充分;而间隙增大到0.1mitt后,钎料中B,Si等脆性化合物形成元素量增多,扩散距离增大,这些元素向母材扩散的不够充分,形成较多的脆性化合物与基体形成共晶分布在钎缝中央。另外,间隙为0.05mm的钎缝中w元素分布较为分散,从图2(a)中没有看到大块的WB;而从图2(b)中可以看到在0.1mm间隙的接头中央W元素形成了白色的块状化合物,比较集中,导致接头性能相对较℃低,从表7中数据可见,0.1mm间隙接头650拉伸强度不仅平均值低,而且强度数据分散性很大。4结论℃(1)采用BNi68CrWB钎料,钎焊规范为:1180/10min,钎焊接头焊后经过完全热处理,获得钎焊接头室温拉伸强度最高达到701MPa,为基体强度的℃54.4;650拉伸单值最高达到了696MPa,为基体强度的73.4。钎焊间隙对接头的力学性能有较大影响,0.05mm钎焊间隙的接头强度明显高于0.1mm问隙接头的强度。(2)钎缝由含较多7的镍~钴基7固溶体、共晶和其他化合物相(包括CrB:,WB,Nb的硼碳化合物等)组成。0.05mm钎焊问隙的接头中7固溶体所占比例较高,共晶及其他脆性化合物相较少。脆性化合物相的含量、大小及分布对接头的力学性能有很大影响,脆性化合物相越大、含量越高、分布越连续,接头强度降低越明显。参考文献—r1]MALZ,CHANGKM,MANNANSK.Effectofthermomechaincalprocessingonfatiguecrackpropagationininconelalloy783[A],SUPERAI1OYS2000[c].PA:TheSevenSprings—InternationalSymposiumCommittee,2000.601608.—[2]HECKKA,SMITHJS,SMITHR.Inconelalloy783:anoxi—dationresistant,lowexpansionsuperalloyforgasturbineapplications[J].JournalofEngineeringforGasTurbinesandPower,—1998,120(2):363369.[3]MALz,CHANGKM,MANNANSK,eta1.EffectsofNiAI8precipitatesonfatiguecrackpropagationofInconelalloy783undertimedependentconditionwithvariousloadratios[J].Scriptamaterialia,2003,48(6):551557.—[4]MAIZ,CHANGKM.IdentificationofSAGBOinduceddamagezoneaheadofcracktiptocharacterizesustainedloadingcrackgrowthinalloy783[J].Scriptamaterialia,2003,48(5):1271一l276.[5]贾新云,赵宇新.长期时效对低膨胀高温合金GH783组织与性能—的影响[J].航空材料学报,2006,26(4):1417.[6]贾新云,赵宇新,张绍维.热处理对GH783合金组织与性能的影—响[J].材料工程,2006,(增刊1):165171.[7]郭绍庆,李晓红,毛唯,等.低膨胀高温合金焊接性的研究现状—[J].宇航材料工艺,2000,(6):59.[8]邓继雄,潘辉,魏祚伟.低膨胀高温合金(GH907)钎焊接头力学性能研究[A].第九次全国焊接会议论文集[c].北京:中国机械—工程学会焊接学会,1999.147151.[9]毛唯,李晓红,叶雷.定向凝固Ni3Al基高温合金IC6A的真空钎焊[J].航空材料学报,2006,26(3):103106.[IO]wuxW,CHANDELRS.InductionbrazingofInconel718to——InconelX750usingNiCrSiBamorphousfoil[J].JournalofMaterialsProcessingTechnology,2000,104(1):34~43.[11]李文.DD98镍基单晶高温合金的瞬态液相连接[D].中国科学院金属研究所博士论文.2002.(下转第83页)发动机高温部件的陶瓷材料应用及性能测试83[7][8]E9][3o]canCeramicSociety,2008,91(2):61l~6l4.DAIJH,LIJB,CHENYJ,eta1.Effectoftheresidualphases—in13-SiaN4seedonmechanicalpropertiesofselfreinforcedSi3N4ceramics[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety,2003,23(9):1543~1547.李建保,翟华嶂,黎义,等.陶瓷材料的显微结构设计与白补强—韧化组元的生成机理EJ3.材料导报,2001,15(4):1619.DAIJH,LIJB,CHENYJ.ThephasetransformationbehaviorofSbN4withsingleRe2O3(Re=Ce,Nd,Sm,Eu,Gd,Dy,Er,Yb)additiveEJ].MaterialsChemistryandPhysics,2003,80(1):—356359.DAIJH,LIJB,CHENYJ,eta1.Preparationoftherodlike8一Si3N4particlesfavoringtheselfreinforcingSiaN4ceramics[J].MaterialsResearchBulletin,2003,38(4):609615.[11]DAIJH,L1JB,CHENYJ,eta1.Effectofrareearthoxideon[12][13][14][15][16][17][18][19]—thetransformationandmicrostructureofSi3N4[J].PhysicaStatusSolidiA,2003,l98(1):9198.YANGL,LIJB,CHENYJ,eta1.SecondarycrystallinephasesandmechanicalpropertiesofheattreatedSi3N4[J1Materials—ScienceandEngineeringA:StructuralMaterialsPropertiesMi——erostructureandProcessing,2003,363(12):9398.戴金辉,李建保,杨晓战.8SisN晶种的制备和自增韧sN陶瓷[J].稀有金属材料与工程,2004,33(4):375379.—郭钢锋,杨晓战,李建保,等.单一添加剂对制备长柱状BsisN—的影响EJ].稀有金属材料与工程,2005,34(增刊):249251.童旭光,杨晓战,李建保.稀土掺杂氮化硅陶瓷的制备、力学性能和高温氧化性的研究[J].稀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