DD6單晶高溫合金TLP焊及接頭組織形成規(guī)律研究.pdf

1、第二代鎳基單晶高溫合金DD6是目前生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的先進(jìn)材料,它擁有優(yōu)異的力學(xué)性能,高的抗氧化、抗腐蝕性能,以及優(yōu)良的高溫組織穩(wěn)定性。瞬時(shí)液相擴(kuò)散焊(TLP焊),融合了熔化焊的冶金結(jié)合特性和釬焊的工藝特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)DD6單晶高溫合金焊接的有效方法。
　　本文根據(jù)Ni基單晶高溫合金性能要求及成分特點(diǎn),設(shè)計(jì)并制備出用于DD6合金TLP焊的Ni基中間層合金箔帶,分析了合金組織及相組成,并測(cè)試了其熔點(diǎn);然后用之在真空鉬絲爐中實(shí)現(xiàn)DD6

2、合金的TLP連接,研究了接頭組織及性能,分析了接頭元素分布;建立TLP焊擴(kuò)散模型,理論計(jì)算了使用Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B中間層合金TLP焊DD6合金的等溫凝固、成分均勻化階段所需時(shí)間,以及降熔元素B向母材的擴(kuò)散距離;用DD6標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度對(duì)DD6單晶及Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B接頭進(jìn)行熱處理,分析DD6單晶及接頭組織形成規(guī)律和硬度變化。研究結(jié)果表明:
　　采用快速凝固裝置制備的Ni-8Co-4Cr-0

3、.5W-3.2B及Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B-4.5Si合金箔帶成形性較好,組織細(xì)小、成分均勻,主要由Ni固溶體和金屬間化合物組成。熔化區(qū)間較窄,分別為1084℃~1095℃和980℃~992℃,滿(mǎn)足TLP焊對(duì)中間層合金短時(shí)間熔化的要求。
　　在焊接溫度1200℃和1150℃,保溫時(shí)間12h,焊接壓力0.2MPa,真空度5×10-2Pa的工藝條件下,獲得了組織致密、與母材結(jié)合良好的TLP焊接頭,接頭由焊縫區(qū)、擴(kuò)散影響

4、區(qū)及基體區(qū)構(gòu)成;由上述兩種中間層合金獲得的TLP焊接頭在焊接過(guò)程中均完成了等溫凝固,中間層與母材中的合金元素發(fā)生充分互擴(kuò)散,使得合金元素在接頭分布較為均勻;采用兩種中間層合金獲得的焊接接頭,室溫剪切強(qiáng)度分別達(dá)到了母材的97％和92％。經(jīng)理論計(jì)算可得,使用Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B中間層合金TLP焊過(guò)程中,等溫凝固、固相成分均勻化所需時(shí)間分別為6.43h、9.6h,均勻化所需時(shí)間理論計(jì)算值大于實(shí)際試驗(yàn)值。在1200℃/12h

5、及1150℃/12h的焊接條件下,獲得的兩接頭中降熔元素B向母材的擴(kuò)散深度分別為170μm、130μm,隨著向母材距離的增加,降熔元素的濃度梯度基本不再變化。
　　在固溶處理、一次時(shí)效及二次時(shí)效三個(gè)熱處理階段,基體中γ′強(qiáng)化相尺寸呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì),形狀逐漸立方化,且固溶處理對(duì)基體硬度的影響較后兩個(gè)熱處理階段大。Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B接頭經(jīng)過(guò)熱處理后,接頭焊縫區(qū)及基體區(qū)組織相同,顯微硬度分布逐漸趨于平緩,均在40