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)動機渦輪葉片的先進材料,它擁有優(yōu)異的力學性能,高的抗氧化、抗腐蝕性能,以及優(yōu)良的高溫組織穩(wěn)定性。瞬時液相擴散焊(TLP焊),融合了熔化焊的冶金結合特性和釬焊的工藝特點,是實現(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,設計并制備出用于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,并測試了其熔點;然后用之在真空鉬絲爐中實現(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焊擴散模型,理論計算了使用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間,以及降熔元素B向母材的擴散距離;用DD6標準熱處理制度對DD6單晶及Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B接頭進行熱處理,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℃,滿足TLP焊對中間層合金短時間熔化的要求。
　　在焊接溫度1200℃和1150℃,保溫時間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、與母材結合良好的TLP焊接頭,接頭由焊縫區(qū)、擴散影響

4、區(qū)及基體區(qū)構成;由上述兩種中間層合金獲得的TLP焊接頭在焊接過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,室溫剪切強度分別達到了母材的97％和92％。經(jīng)理論計算可得,使用Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B中間層合金TLP焊過程中,等溫凝固、固相成分均勻化所需時間分別為6.43h、9.6h,均勻化所需時間理論計算值大于實際試驗值。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、一次時效及二次時效三個熱處理階段,基體中γ′強化相尺寸呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,形狀逐漸立方化,且固溶處理對基體硬度的影響較后兩個熱處理階段大。Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B接頭經(jīng)過熱處理后,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