K640
瞬時(shí)液相 ( T ransient L iqu id Phase-TLP)銜接技術(shù)是專為高溫合金的銜接而開展的一種新型銜接技術(shù), 其基本原理是首先在銜接界面處生成液相 (利用中間層的熔化或中間層與母材的共晶反響 ), 然后經(jīng)過溶質(zhì)原子的擴(kuò)散發(fā)生等溫凝固, 最終經(jīng)過保溫形成安排及成分均勻的焊縫接頭。該技術(shù)綜合擴(kuò)散銜接和高溫釬焊的長處, 可以獲得高強(qiáng)度的焊縫, 并且不需要一般的擴(kuò)散銜接那樣高的設(shè)備投資和嚴(yán)厲的工藝要求, 為焊接困難的高溫合金的連接拓荒一條新途徑。 K640合金是固溶強(qiáng)化和碳化物強(qiáng)化型鈷基鑄造高溫合金, 因?yàn)榫哂袃?yōu)異的高溫綜合功能而在高功能航空發(fā)動(dòng)機(jī)中有很好的應(yīng)用遠(yuǎn)景。 目 前, 與該合金相近的 X40合金在國外航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用, 如: JT3D、 JT4A、 Spey-MK202發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片或?qū)蛉~片, 都用此合金制作。國內(nèi)也 已將該合金用于某 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)向葉片。因?yàn)槿~片的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜, 選用普通的熔焊或分散焊方法難以實(shí)現(xiàn)其銜接要求, 選用母材不熔化的 TLP銜接技術(shù)進(jìn)行 K640合金的銜接研討具有重要的科研及工程使用價(jià)值。本研討選用非晶態(tài)中間層進(jìn)行 K640高溫合金的 TLP銜接試驗(yàn), 分析研討接頭安排; 測定銜接試樣的高溫拉伸強(qiáng)度及高溫耐久強(qiáng)度, 并進(jìn)行斷口 分析, 為該材料在航空范疇的工程使用提供必定的技術(shù)儲(chǔ)備。
1 實(shí)驗(yàn)資料及辦法
1.1 實(shí)驗(yàn)資料
采用中科院金屬所供給的 K640合金為實(shí)驗(yàn)材料, 其化學(xué)成分及熔化區(qū)間如表 1所示, 資料在鑄態(tài)使用; 表 1還列出所用的非晶態(tài)箔狀中間層 (寬*厚: 20mm *0.05 mm )的化學(xué)成分及熔化區(qū)間。
1. 2 實(shí)驗(yàn)方法
將 K640棒材線切割成 <16mm @ 5mm 的焊接試樣, 經(jīng)砂紙打磨、 超聲清洗、烘干處理后, 將中間層直接平鋪于兩對(duì)接試樣的待焊外表。 經(jīng)干燥處理后, 將試樣放入 GZQ-1 高溫真空真空爐, 并預(yù)置一定壓力進(jìn)行連接實(shí)驗(yàn)。 利用金相顯微鏡、掃描電鏡觀察接頭安排。 選用優(yōu)化的焊接標(biāo)準(zhǔn)焊接高溫強(qiáng)度試樣, 測驗(yàn)接頭高溫拉伸及耐久強(qiáng)度, 并進(jìn)行斷口 分析。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2. 1 接頭安排分析
圖 1 為選用非晶態(tài)中間層 TLP 連接 K640合金, 分別在 1240e和 1200e下保溫兩小時(shí)的接頭組織。調(diào)查表明: 在兩種焊接溫度下, 中間層都已熔化并與臨近母材產(chǎn)生互分散, 因?yàn)榉稚⒁鸾缑鎱^(qū)成分產(chǎn)生改變, 這種 改變 導(dǎo) 致接頭 部分的 等溫凝固, 液相以母材為基向焊縫中心區(qū)域以外延式方式成長, 終究得到跨界面的晶粒安排, 焊縫中心部位未調(diào)查到顯著的殘留物。 但是, 兩種接頭安排在掃描電鏡下不同較大 (圖 2所示 )。 K640合金為固溶強(qiáng)化加碳化物強(qiáng)化合金, 有兩種碳化物強(qiáng)化機(jī)制: 連續(xù)碳化物強(qiáng)化和彌散碳化物強(qiáng)化。 在外力作用時(shí),接頭中彌散散布的細(xì)微顆粒狀碳化物對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻止作用, 將大大提高接頭的力學(xué)性能。 焊接溫度為 1240e 時(shí), 接頭區(qū) 出現(xiàn)沿晶 界散布的 細(xì)微顆
粒, 經(jīng)能譜分析, 可知該細(xì)微顆粒為高鉻的碳化物相, 而在 1200e的焊接溫度下, 晶界沒有發(fā)現(xiàn)彌散散布的細(xì)哦 小碳化 物顆粒。 能夠看出, 關(guān)于 K640合
金 TLP連接, 選擇較高的焊接溫度能析出細(xì)小沿晶界散布的彌散碳化物有助于進(jìn)步接頭性能。 別的,接頭中部分位置存在的殘留物 (圖 1中箭頭所指 ),經(jīng)能譜檢測及結(jié)合相圖剖析, 可知其為含 S i較高的低熔點(diǎn)脆性化合物, 這是由于 S i元素未能充沛分散而構(gòu)成的, 它的存在對(duì)接頭的性能將發(fā)生不利影響,能夠經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間使 S i分散愈加充沛。K640合金是鑄造態(tài)使用合金, 過長的高溫保溫時(shí)間會(huì)引起母材晶粒長大。 為了 消除高溫下長時(shí)間保溫對(duì)母材的不利影響, 同時(shí)提高等溫凝固時(shí)晶粒的形核率, 細(xì)化接頭區(qū)組織, 提高焊縫力學(xué)性能, 本研究采用 TLP兩段工藝: 在 1240e保溫半小時(shí)使中間層完全熔化后,快速冷卻到一個(gè)較低溫度下進(jìn)行等溫凝固, 從而避免母材晶粒長大的趨勢。 圖 3為焊縫寬度為 40~ 60Lm、采用非晶態(tài)中間層 和兩段TLP工藝 ( 1240e10e, 01 5h + 1180e 10e,4h)的接頭組織及線掃 描結(jié)果。 可以看出, 在該工藝條件下, 中間層與近縫區(qū)母材已實(shí)現(xiàn)充分的互擴(kuò)散, 兩側(cè)母材晶粒出現(xiàn)跨界面生長, 接頭中沒有明顯的殘留物, 未觀察到連續(xù)的連接界面, 整個(gè)接頭晶粒組織致密,成分分散均勻, 能譜分析標(biāo)明, 接頭的組織及成分都與母材接近。
