Spajkanje superzlitin
(1) Značilnosti spajkanja Superzlitine lahko razdelimo v tri kategorije: na osnovi niklja, na osnovi železa in na osnovi kobalta. Imajo dobre mehanske lastnosti, odpornost proti oksidaciji in koroziji pri visokih temperaturah. Zlitine na osnovi niklja se najpogosteje uporabljajo v praktični proizvodnji.
Superzlitina vsebuje več Cr, zato se na površini med segrevanjem tvori oksidni film Cr2O3, ki ga je težko odstraniti. Nikljeve superzlitine vsebujejo Al in Ti, ki se pri segrevanju zlahka oksidirata. Zato je preprečevanje ali zmanjšanje oksidacije superzlitin med segrevanjem in odstranjevanje oksidnega filma glavna težava med spajkanjem. Ker lahko boraks ali borova kislina v fluksu povzroči korozijo osnovne kovine pri temperaturi spajkanja, lahko bor, ki se izloči po reakciji, prodre v osnovno kovino, kar povzroči medkristalno infiltracijo. Pri litih nikljevih zlitinah z visoko vsebnostjo Al in Ti stopnja vakuuma v vročem stanju med spajkanjem ne sme biti manjša od 10⁻² ~ 10⁻³Pa, da se prepreči oksidacija površine zlitine med segrevanjem.
Pri zlitinah na osnovi niklja, utrjenih z raztopino in izločanjem, mora biti temperatura spajkanja skladna s temperaturo segrevanja pri obdelavi z raztopino, da se zagotovi popolno raztapljanje elementov zlitine. Če je temperatura spajkanja prenizka, se elementi zlitine ne morejo popolnoma raztopiti; če je temperatura spajkanja previsoka, se bodo zrna osnovne kovine povečala in lastnosti materiala se ne bodo obnovile niti po toplotni obdelavi. Temperatura trdne raztopine litih osnovnih zlitin je visoka, kar na splošno ne vpliva na lastnosti materiala zaradi previsoke temperature spajkanja.
Nekatere superzlitine na osnovi niklja, zlasti zlitine, utrjene z izločanjem, so nagnjene k razpokam zaradi napetosti. Pred spajkanjem je treba napetost, ki nastane med spajkanjem, popolnoma odstraniti, toplotne napetosti pa je treba med spajkanjem čim bolj zmanjšati.
(2) Spajkalna masa, zlitina na osnovi niklja, se lahko spajka s srebrno osnovo, čistim bakrom, nikljevo osnovo in aktivno spajko. Kadar delovna temperatura spoja ni visoka, se lahko uporabijo materiali na osnovi srebra. Obstaja veliko vrst spajk na osnovi srebra. Za zmanjšanje notranje napetosti med spajkanjem je najbolje izbrati spajko z nizko temperaturo taljenja. Za spajkanje s srebrno osnovo se lahko uporabi talilo Fb101. Za spajkanje superzlitine, utrjene z izločanjem, z najvišjo vsebnostjo aluminija se uporablja talilo Fb102, ki se dodaja z 10 % do 20 % natrijevega silikata ali aluminijevega talila (kot je FB201). Kadar temperatura spajkanja preseže 900 ℃, je treba izbrati talilo Fb105.
Pri spajkanju v vakuumu ali zaščitni atmosferi se lahko kot dodatna kovina za spajkanje uporabi čisti baker. Temperatura spajkanja je 1100 ~ 1150 ℃, pri čemer spoj ne bo povzročil razpok zaradi napetosti, vendar delovna temperatura ne sme preseči 400 ℃.
Nikljevo spajkanje je najpogosteje uporabljeno spajkanje v superzlitinah zaradi dobrega delovanja pri visokih temperaturah in odsotnostjo napetostnih razpok med spajkanjem. Glavni elementi zlitine v spajkanju na osnovi niklja so Cr, Si, B, majhna količina spajke pa vsebuje tudi Fe, W itd. V primerjavi z ni-cr-si-b lahko spajkanje b-ni68crwb zmanjša medkristalno infiltracijo B v osnovno kovino in poveča interval tališča. Uporablja se za spajkanje visokotemperaturnih delov in lopatic turbin. Vendar pa se fluidnost spajke, ki vsebuje W, poslabša in je težko nadzorovati režo v spoju.
Aktivna difuzijska spajkalna polnilna kovina ne vsebuje silicija in ima odlično odpornost proti oksidaciji in vulkanizaciji. Temperaturo spajkanja je mogoče izbrati od 1150 ℃ do 1218 ℃ glede na vrsto spajke. Po spajkanju lahko po difuzijski obdelavi pri 1066 ℃ dobimo spajkani spoj z enakimi lastnostmi kot osnovna kovina.
(3) Postopek spajkanja zlitin na osnovi niklja se lahko izvaja s spajkanjem v zaščitni atmosferi peči, vakuumskim spajkanjem in prehodnim spajkanjem v tekoči fazi. Pred spajkanjem je treba površino razmastiti in odstraniti oksid s poliranjem z brusnim papirjem, poliranjem s filcem, drgnjenjem z acetonom in kemičnim čiščenjem. Pri izbiri parametrov postopka spajkanja je treba upoštevati, da temperatura segrevanja ne sme biti previsoka in da mora biti čas spajkanja kratek, da se prepreči močna kemična reakcija med talilom in osnovno kovino. Da bi preprečili razpoke v osnovni kovini, je treba hladno obdelane dele pred varjenjem razbremeniti napetosti, varjenje pa mora biti čim bolj enakomerno. Pri superzlitinah, utrjenih z izločanjem, je treba dele najprej obdelati s trdno raztopino, nato spajkati pri temperaturi, ki je nekoliko višja od temperature utrjevanja s staranjem, in na koncu obdelati s staranjem.
1) Spajkanje v zaščitni atmosferi peči Spajkanje v zaščitni atmosferi peči zahteva visoko čistost zaščitnega plina. Pri superzlitinah z w (AL) in w (TI) manj kot 0,5 % mora biti rosišče nižje od -54 ℃, če se uporablja vodik ali argon. Ko se vsebnost Al in Ti poveča, površina zlitine pri segrevanju še vedno oksidira. Sprejeti je treba naslednje ukrepe: dodati majhno količino talila (npr. fb105) in odstraniti oksidni film s talilom; na površino delov nanesti 0,025 ~ 0,038 mm debelo prevleko; predhodno popršiti spajko na površino materiala, ki ga je treba spajkati; dodati majhno količino plinskega talila, kot je borov trifluorid.
2) Vakuumsko spajkanje Vakuumsko spajkanje se pogosto uporablja za doseganje boljšega zaščitnega učinka in kakovosti spajkanja. Za mehanske lastnosti tipičnih spojev superzlitin na osnovi niklja glejte tabelo 15. Pri superzlitinah z w (AL) in w (TI) manj kot 4 % je bolje, da na površino nanesete galvanično plast niklja debeline 0,01 ~ 0,015 mm, čeprav je omočenje spajke mogoče zagotoviti brez posebne predhodne obdelave. Ko w (AL) in w (TI) presegata 4 %, mora biti debelina nikljeve prevleke 0,020,03 mm. Pretanka prevleka nima zaščitnega učinka, predebela prevleka pa bo zmanjšala trdnost spoja. Deli, ki jih je treba variti, se lahko namestijo tudi v škatlo za vakuumsko spajkanje. Škatla mora biti napolnjena z geterjem. Na primer, Zr absorbira plin pri visoki temperaturi, kar lahko v škatli ustvari lokalni vakuum in tako prepreči oksidacijo površine zlitine.
Tabela 15 mehanske lastnosti vakuumsko spajkanih spojev tipičnih superzlitin na osnovi niklja
Mikrostruktura in trdnost spajkanega spoja superzlitine se spreminjata z spajkalno režo, difuzijska obdelava po spajkanju pa bo še povečala največjo dovoljeno vrednost spajkalne reže. Na primer zlitine Inconel lahko največja reža spajkanega spoja Inconel z b-ni82crsib po difuzijski obdelavi pri 1000 ℃ za 1 uro doseže 90 μm; pri spojih, spajkanih z b-ni71crsib, pa je največja reža po difuzijski obdelavi pri 1000 ℃ za 1 uro približno 50 μm.
3) Prehodna tekočofazna povezava Prehodna tekočofazna povezava uporablja vmesno zlitino (debeline približno 2,5 ~ 100 μm), katere tališče je nižje od tališča osnovne kovine, kot polnilo. Pri majhnem tlaku (0 ~ 0,007 mpa) in ustrezni temperaturi (1100 ~ 1250 ℃) se vmesni material najprej stopi in navlaži osnovno kovino. Zaradi hitre difuzije elementov pride na spoju do izotermnega strjevanja, ki tvori spoj. Ta metoda močno zmanjša zahteve glede ujemanja površine osnovne kovine in zmanjša varilni tlak. Glavni parametri prehodne tekočofazne povezave so tlak, temperatura, čas zadrževanja in sestava vmesne plasti. Za dober stik s površino varjenega spoja uporabite manjši pritisk. Temperatura in čas segrevanja močno vplivata na delovanje spoja. Če mora biti spoj tako močan kot osnovna kovina in ne vpliva na njeno delovanje, se uporabijo parametri postopka spajanja pri visoki temperaturi (npr. ≥ 1150 ℃) in dolgem času (npr. 8–24 ur). Če se kakovost spoja zmanjša ali osnovna kovina ne prenese visoke temperature, se uporabi nižja temperatura (1100–1150 ℃) in krajši čas (1–8 ur). Vmesna plast mora kot osnovno sestavo uporabiti sestavo povezane osnovne kovine, ki se ji dodajo različni hladilni elementi, kot so B, Si, Mn, Nb itd. Na primer, sestava zlitine Udimet je ni-15cr-18,5co-4,3al-3,3ti-5mo, sestava vmesne plasti za prehodno povezavo v tekoči fazi pa je b-ni62,5cr15co15mo5b2,5. Vsi ti elementi lahko znižajo temperaturo taljenja zlitin NiCr ali NiCrCo na najnižjo možno raven, vendar je učinek B najbolj očiten. Poleg tega lahko visoka hitrost difuzije B hitro homogenizira vmesno plast zlitine in osnovno kovino.
Čas objave: 13. junij 2022