一種鎳基合金中間層及其tlp焊高溫合金新工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于TLP焊的鎳基合金中間層，按原子百分比由以下組分組成：B為3.2％-3.5％、Si為2.4％-3％、Nd為0.2％-0.4％、Co為3％-4％、Cr為1％-2％、W為2.5％-3％、Ti為1.2％-2％、Al為1.5％-2.5％、Mo為2％-3％、余量為Ni，總的百分比為100％。本發(fā)明還公開(kāi)了一種使用上述的中間層合金在TLP焊-固溶熱處理中的應(yīng)用方法。本發(fā)明的中間層合金應(yīng)用在TLP焊-熱處理中，大大縮減熱處理時(shí)間，節(jié)能減排，制造成本大幅度降低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種鎳基合金中間層及其TLP焊高溫合金新工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于TLP焊的鎳基合金中間層，本發(fā)明 還涉及一種使用該鎳基合金中間層在TLP焊-固溶熱處理中的應(yīng)用方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鎳基高溫合金具有良好的熱穩(wěn)定性、熱強(qiáng)性和高溫組織穩(wěn)定性能，已成為航空、航 天發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的關(guān)鍵材料。高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片多用鎳基高溫合金制備，且常設(shè)計(jì) 成中空結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)承受高溫交變載荷及散熱需要。這種復(fù)雜中空結(jié)構(gòu)的制造不可避免地 涉及到焊接問(wèn)題，而且需進(jìn)行焊后熱處理，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，耗能量大。
[0003] 鎳基高溫合金的化學(xué)成分非常復(fù)雜，鎳含量通常大于50%，其中加入了多種可形 成耐熱強(qiáng)化相元素及相穩(wěn)定元素。鉻作為相穩(wěn)定性元素，在合金表面形成致密氧化膜，可提 高合金的抗氧化能力。通過(guò)添加鋁、鈦、鈷、鎢、鑰、鉭、鈮、鉿等合金元素，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化、第 二相強(qiáng)化及晶界強(qiáng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)合金的高溫強(qiáng)度。因此，高溫合金熔化焊易產(chǎn)生焊縫熱裂紋，釬 焊接頭強(qiáng)度低下且耐高溫性能較差。TLP焊全稱(chēng)為過(guò)渡液相擴(kuò)散焊，TLP焊兼具釬焊工藝的 便捷性與熔焊冶金結(jié)合的高性能特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金焊接的有效方法。中間層合金 成分對(duì)TLP焊接頭組織及性能影響較大，除此之外，焊接方法及后續(xù)的熱處理工藝對(duì)接頭 性能也有重要的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用于TLP焊的鎳基合金中間層，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在 的焊接頭組織及性能不能滿(mǎn)足技術(shù)要求的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種使用該鎳基合金中間層在TLP焊-固溶熱處理中的 應(yīng)用方法，即使用該中間層合金在TLP焊鎳基高溫合金、兼顧焊后固溶熱處理中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種用于TLP焊的鎳基合金中間層，按原子百分比， 由以下組分組成：B 為 3. 2% -3. 5%、Si 為 2. 4% -3%、Nd 為 0· 2% -0· 4%、Co 為 3% -4%、 Cr 為 1% -2%、W 為 2. 5% -3%、Ti 為 1. 2% -2%、Al 為 I. 5% -2· 5%、Mo 為 2% -3%、余 量為Ni,總的百分比為100%。
[0007] 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種使用上述的鎳基合金中間層在TLP焊-固 溶熱處理中的應(yīng)用方法，先將該中間層合金應(yīng)用單輥快急冷技術(shù)制作為中間層合金箔材， 再將中間層合金箔材置于兩個(gè)待焊的鎳基高溫合金試樣之間，然后按照TLP焊方法對(duì)裝配 好了的接頭進(jìn)行加熱、保溫和緩冷，從而實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金之間的焊接。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是，該用于TLP焊的鎳基合金中間層，具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及 耐腐蝕性，而且固相線(xiàn)與液相線(xiàn)溫差較小，與母材性能匹配性良好，易于獲得優(yōu)異高溫性能 的焊接接頭；柔合金韌性能好，便于加工和裝配。該中間層制備方法簡(jiǎn)單，容易操作，制作成 本低。
[0009] 該TLP焊-熱處理一體化方法，大大縮減熱處理時(shí)間，節(jié)能減排，制造成本大幅度 降低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例的高溫合金TLP焊-固溶熱處理的規(guī)程。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0012] 本發(fā)明的鎳基合金中間層，用于在TLP方法中焊接鎳基高溫合金，按原子百分比 由以下組分組成：B 為 3. 2% -3. 5%、Si 為 2. 4% -3%、Nd 為 0· 2% -0· 4%、Co 為 3% -4%、 Cr 為 1% -2%、W 為 2. 5% -3%、Ti 為 1. 2% -2%、Al 為 1. 5% -2. 5%、Mo 為 2% -3%、余 量為Ni,總的百分比為100%。
[0013] 本發(fā)明的鎳基合金中間層成分中，各組分及含量限定理由是：
[0014] 欲獲得組織及性能與母材金屬相匹配的焊接接頭，中間層合金所含的元素種類(lèi)應(yīng) 與母材成分相似或相近。TLP焊高溫合金用中間層中含有W、Cr、Co、Mo、NcU Ti和Al等元 素。除此之外，焊接過(guò)程的進(jìn)行必須以元素的擴(kuò)散為前提，中間層中的降熔元素須兼?zhèn)鋽U(kuò)散 速度快的特性。B、Si、Nd等作為組分中主要的降熔元素，其中，B的效果最好，Si和Nd元素 的原子尺寸較大，擴(kuò)散較慢，效果次之。合金元素含量的確定，除了滿(mǎn)足焊縫與母材的性能 匹配要求之外，還應(yīng)考慮合金元素與降熔、擴(kuò)散元素之間的相互作用。
[0015] 上述本發(fā)明中間層合金的制備方法是，利用真空電弧爐依次熔配中間合金和母合 金，再將經(jīng)過(guò)高頻感應(yīng)熔煉的母合金在單輥急冷快速凝固裝置上制備成厚度為30-80 μ m， 寬為5-8mm，長(zhǎng)為l-2m的中間層合金箔材。
[0016] 采用本發(fā)明的中間層合金箔材，通過(guò)TLP方法焊接鎳基高溫合金試樣，按照以下 方法和步驟在TLP焊-固溶熱處理中的實(shí)施（TLP焊接并實(shí)現(xiàn)均勻化熱處理） ：
[0017] 先將中間層合金箔材置于兩個(gè)待焊的鎳基高溫合金試樣之間，然后按照TLP焊方 法對(duì)裝配好了的接頭進(jìn)行加熱、保溫和緩冷，從而實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金之間的焊接。
[0018] 參照?qǐng)D1，是本發(fā)明方法在高溫合金TLP焊一固溶處理過(guò)程中的規(guī)程，a、c、e、g區(qū) 段為勻速加熱階段，加熱速率均為10°c /min ;b區(qū)段為保溫階段，即在KKKTC保溫30min ;d 區(qū)段為等溫凝固階段，即在1200°C保溫6h ;f區(qū)段為保溫階段，即在1290°C保溫3-5h ;h區(qū) 段為保溫階段，在1315°C保溫5h ;i區(qū)段為空冷階段。本曲線(xiàn)是一個(gè)實(shí)施例曲線(xiàn)。
[0019] 鎳基高溫合金的TLP焊一固溶熱處理工藝參數(shù)為：焊接溫度1200±5°C，保溫 時(shí)間4-6h(即d區(qū)段）；焊后升溫到1290±5°C保溫3-5h(即f區(qū)段）；然后繼續(xù)升溫至 1315±5°〇，并在此保溫6-811(即11區(qū)段） ；焊接壓力0.2-0.51^，真空度5\10-2?&。其中 的加熱規(guī)范為：以l〇°C /min的升溫速度加熱至1000°C，保溫30min ;焊接溫度1200±5°C， 保溫到設(shè)定時(shí)間后，再次升溫、保溫并空冷至室溫。
[0020] 使用本發(fā)明的中間層合金箔材進(jìn)行高溫合金的TLP焊與焊后固溶熱處理過(guò)程一 次完成，在現(xiàn)有焊接工藝操作條件下附加了擴(kuò)散均勻過(guò)程，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，過(guò)程簡(jiǎn)化， 效率提高。尤其是焊接工藝穩(wěn)定，焊接質(zhì)量易于保障，接頭性能得以提升。
[0021] 表1、本方法實(shí)施例1-5中的各個(gè)組分及其含量表
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于TLP焊的鎳基合金中間層，其特點(diǎn)在于：按原子百分比，由以下組分組成：B 為 3. 2% -3. 5%、Si 為 2.4% -3%、Nd 為 0.2% -0.4%、Co 為 3% -4%、Cr 為 1% -2%、W 為 2. 5% -3%、Ti 為 1. 2% -2%、A1 為 1. 5% -2. 5%、Mo 為 2% -3%、余量為 Ni，總的百分 比為100%。
2. -種使用權(quán)利要求1所述的鎳基合金中間層在TLP焊-固溶熱處理中的應(yīng)用方法， 其特點(diǎn)在于：先將該中間層合金應(yīng)用單輥快急冷技術(shù)制作為中間層合金箔材，再將中間層 合金箔材置于兩個(gè)待焊的鎳基高溫合金試樣之間，然后按照TLP焊方法對(duì)裝配好了的接頭 進(jìn)行加熱、保溫和緩冷，從而實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金之間的焊接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用方法，其特點(diǎn)在于，所述的TLP焊過(guò)程中，焊接一熱處理 工藝參數(shù)為：焊接溫度1200±5°C，保溫時(shí)間4-6h ;焊后升溫到1290±5°C保溫3-5h ;然后 繼續(xù)升溫至1315±5°C，并在此保溫6-8h ;焊接壓力0. 2-0. 5MPa，真空度5X 10_2Pa。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用方法，其特點(diǎn)在于，加熱規(guī)范為：以10°C /min的升溫速 度加熱至l〇〇〇°C，保溫30min ;焊接溫度1200±5°C，保溫到設(shè)定時(shí)間后，再次升溫、保溫并 空冷至室溫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用方法，其特點(diǎn)在于：具體溫度控制過(guò)程是， a區(qū)段為勻速加熱階段，加熱速率為10°C /min ; b區(qū)段為保溫階段，即在1000°C保溫30min ; c區(qū)段為勻速加熱階段，加熱速率為l〇°C /min ; d區(qū)段為等溫保溫階段，即在1200°C保溫6h ; e區(qū)段為勻速加熱階段，加熱速率為l〇°C /min ; f區(qū)段為保溫階段，即在1290°C保溫3h ; g區(qū)段為勻速加熱階段，加熱速率為l〇°C /min ; h區(qū)段為保溫階段，在1315°C保溫5h ; i區(qū)段為空冷階段。
【文檔編號(hào)】B23K20/14GK104404307SQ201410593770
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】翟秋亞, 徐錦鋒 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)