一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫合金和不銹鋼連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應(yīng)用，該中間層合金適用于鎳基高溫合金或不銹鋼的連接。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量使用到高溫合金和不銹鋼材料，在這些材料的應(yīng)用過(guò)程中，不僅僅要考慮材料本身的強(qiáng)度等制備，同時(shí)也往往需要解決這些材料的焊接問(wèn)題。但是由于高溫合金和不銹鋼材料的合金化程度較高，往往含有較多的合金元素，導(dǎo)致這些材料的焊接性能極差，產(chǎn)生焊接冷、熱裂紋的傾向性較高，嚴(yán)重影響了構(gòu)件的正常使用。目前，高合金化合金的焊接往往采用真空釬焊的方法。釬焊材料的設(shè)計(jì)是釬焊的關(guān)鍵。
[0003]目前使用的釬料都為粉末釬料，這種釬料在使用時(shí)必須與一定量的粘結(jié)劑混合，以實(shí)現(xiàn)其成型，但由于有粘結(jié)劑的揮發(fā)，難以避免會(huì)在焊縫中形成氣孔等缺陷;釬料合金的另一種成型方法是甩帶法制備的非晶箔帶，但這種方法對(duì)合金成分控制要求較高，復(fù)雜體系的合金很難成型出規(guī)則形狀的非晶帶。另外，目前釬料中較高含量的硼、硅和磷等元素，也嚴(yán)重影響了焊接強(qiáng)度。
[0004]隨著鎳基單晶高溫合金材料的應(yīng)用推廣，與其相關(guān)的加工技術(shù)也越來(lái)越引起重視，尤其是單晶合金的焊接問(wèn)題。由于鎳基單晶高溫合金含有大量的合金元素，尤其是鋁、鈦等，使得該種合金的熔焊性能很差，容易產(chǎn)生冷熱裂紋，因此該種合金主要采用瞬間液相連接的方法進(jìn)行焊接。
[0005]瞬間液相擴(kuò)散連接(TLP)方法對(duì)采用的釬料合金要求極高，如果釬料合金的成分設(shè)計(jì)不合理，一方面會(huì)導(dǎo)致連接溫度很高(通常超過(guò)1280°C)，這容易導(dǎo)致母材共晶相發(fā)生液化，影響材料使用壽命;另一方面，普通的釬料合金成分復(fù)雜，導(dǎo)致連接時(shí)間很長(zhǎng)(通常超過(guò)48h)，生產(chǎn)效率極低，嚴(yán)重制約了瞬間液相連接技術(shù)的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決目前使用的粉末釬料合金存在的氣孔缺陷、強(qiáng)度低等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金及其應(yīng)用，該中間層合金用于鎳基高溫合金或不銹鋼的高效率優(yōu)質(zhì)連接。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種鎳基高溫合金或不銹鋼連接用含硅硼的中間層合金，該中間層合金為鎳基合金，按重量百分含量計(jì)，合金化學(xué)成分為:硼2?3.5%，硅I?3%，鎢4?10%，鉻10?15%，鐵3?6%，鎳為余量。
[0009]所述中間層合金為非晶態(tài)箔帶狀，采用甩帶法制備獲得;所述箔帶狀的中間層合金其寬度為25?55mm，厚度為35?55μπι。
[0010]所述中間層合金適用于鎳基高溫合金或不銹鋼的連接，連接方式為瞬間液相連接(瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接)。
[0011 ]所述中間層合金在1050?1250°C進(jìn)行瞬間液相連接(瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接)，所用時(shí)間100?240分鐘。
[0012]本發(fā)明原理如下:
[0013]為了解決復(fù)雜體系鎳基中間層合金非晶箔帶成型性不良的問(wèn)題，根據(jù)液態(tài)鎳基合金與固體金屬(銅乳輥)之間的潤(rùn)濕過(guò)程特點(diǎn)，選擇鎳作為中間層合金基體;為了降低瞬間液相連接溫度，降低中間層合金熔點(diǎn)，選擇硼和硅元素作為降熔點(diǎn)元素，另外，硅元素的加入也明顯提高了液體金屬流動(dòng)性，提高制備過(guò)程中的潤(rùn)濕性，有利于合金的非晶化過(guò)程;為了提高焊后性能，加入鉻、鎢、鐵元素一方面固溶強(qiáng)化合金，另一方面可以提高中間層合金的成形能力和抗高溫氧化性能。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明解決目前高溫合金釬焊材料設(shè)計(jì)不合理，成形性不好、焊后性能差的問(wèn)題，采用本發(fā)明中間層合金對(duì)鎳基高溫合金和不銹鋼進(jìn)行瞬間液相連接，連接質(zhì)量良好，方法簡(jiǎn)單有效。
[0016]2、焊接后合金(接頭)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材65%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為中間層合金外觀形貌。
[0018]圖2為中間層合金物相分析結(jié)果。
[0019]圖3為實(shí)施例1連接后樣品微觀組織。
[0020]圖4為實(shí)施例1連接后樣品抗拉性能。
[0021]圖5為實(shí)施例2連接后樣品微觀組織。
[0022]圖6為實(shí)施例2連接后樣品抗拉性能。
[0023]圖7為實(shí)施例3連接后樣品微觀組織。
[0024]圖8為實(shí)施例3連接后樣品抗拉性能。
[0025]圖9為實(shí)施例4連接后樣品微觀組織。
[0026]圖10為實(shí)施例4連接后樣品抗拉性能。
[0027]圖11為實(shí)施例5連接后樣品微觀組織。
[0028]圖12為實(shí)施例5連接后樣品抗拉性能。
[0029]圖13為實(shí)施例6連接后樣品微觀組織。
[0030]圖14為實(shí)施例6連接后樣品抗拉性能。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明中間層合金以鎳為基體，添加了降熔點(diǎn)元素硼:2?3.5%，硅:1?3%;強(qiáng)化元素鎢:4?10% ;鐵:3?6% ;抗氧化元素鉻10?15%。
[0033]以下實(shí)施例中所用非晶箔帶狀的中間層合金制備方法為:將純度大于99.99%的純鎳、鉻、鎢、硅、鐵和鎳-硼合金(鎳-硼合金中硼為18.5wt.%)按所述比例配好后放入真空感應(yīng)熔煉爐中熔煉成合金錠。采用常規(guī)銅輥甩帶法將合金錠制備成非晶箔帶，非晶帶材寬度為25?55mm，厚度為35?55μπι，其外觀形貌如圖1所示，分析結(jié)果表明其微觀結(jié)構(gòu)是非晶(圖2)。使用這種中間層合金在1050?1250°C進(jìn)行瞬間液相連接，用時(shí)30?240分鐘即可完成，并且沒(méi)有母材液化現(xiàn)象出現(xiàn)，沒(méi)有溶蝕問(wèn)題。接頭連接質(zhì)量較好，強(qiáng)度較高。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本實(shí)施例鎳基高溫合金為K465，其化學(xué)成分為:Cr: 10_15wt.% ；ff:5-8wt.%；Si:2?5wt.% ；B:1.5-3.0wt.% ;鎳為余量。
[0036]中間層合金化學(xué)成分為:硼:2%;硅:2%;鎢:9%;鉻:12%;鐵:6%;鎳為余量。
[0037]去除合金棒表面氧化皮，加工成Φ16mmX 4mm的樣品。使用800號(hào)砂紙將待焊接面磨平和磨光，在丙酮和酒精中分別超聲清洗15分鐘去除樣品表面油污。將中間層合金放置在兩個(gè)待焊樣品之間，用夾具固定，在樣品外表面涂阻流劑防止液態(tài)中間層流失。
[0038]將裝配好的樣品放置在真空爐中進(jìn)行瞬間液相連接，連接溫度為1200°C，時(shí)間為240分鐘，爐內(nèi)氣壓不高于8 X 10—2Pa。焊接結(jié)束后爐冷至室溫。
[0039]圖3是焊接后樣品的微觀組織，可見(jiàn)，樣品內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)液化現(xiàn)象。圖4是連接后樣品的拉伸性能測(cè)試結(jié)果，可見(jiàn)，焊接后合金(接頭)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材65%以上。
[0040]實(shí)施例2
[0041 ] 本實(shí)施例鎳基高溫合金為K465，其化學(xué)成分為:Cr: 10_15wt.% ；ff:5-8wt.%；Si:2?5wt.% ；B:1.5-3.0wt.% ;鎳為余量。
[0042]中間層合金化學(xué)成分為:硼:3%;硅:2%