K640
瞬时液相 ( T ransient L iqu id Phase-TLP)衔接技术是专为高温合金的衔接而开展的一种新型衔接技术, 其基本原理是首先在衔接界面处生成液相 (利用中间层的熔化或中间层与母材的共晶反响 ), 然后经过溶质原子的扩散发生等温凝固, 最终经过保温形成安排及成分均匀的焊缝接头。该技术综合扩散衔接和高温钎焊的长处, 可以获得高强度的焊缝, 并且不需要一般的扩散衔接那样高的设备投资和严厉的工艺要求, 为焊接困难的高温合金的连接拓荒一条新途径。 K640合金是固溶强化和碳化物强化型钴基铸造高温合金, 因为具有优异的高温综合功能而在高功能航空发动机中有很好的应用远景。 目 前, 与该合金相近的 X40合金在国外航空喷气发动机上得到广泛应用, 如: JT3D、 JT4A、 Spey-MK202发动机的涡轮叶片或导向叶片, 都用此合金制作。国内也 已将该合金用于某 航空发动机的导向叶片。因为叶片的结构比较复杂, 选用普通的熔焊或分散焊方法难以实现其衔接要求, 选用母材不熔化的 TLP衔接技术进行 K640合金的衔接研讨具有重要的科研及工程使用价值。本研讨选用非晶态中间层进行 K640高温合金的 TLP衔接试验, 分析研讨接头安排; 测定衔接试样的高温拉伸强度及高温耐久强度, 并进行断口 分析, 为该材料在航空范畴的工程使用提供必定的技术储备。
1 实验资料及办法
1.1 实验资料
采用中科院金属所供给的 K640合金为实验材料, 其化学成分及熔化区间如表 1所示, 资料在铸态使用; 表 1还列出所用的非晶态箔状中间层 (宽*厚: 20mm *0.05 mm )的化学成分及熔化区间。
1. 2 实验方法
将 K640棒材线切割成 <16mm @ 5mm 的焊接试样, 经砂纸打磨、 超声清洗、烘干处理后, 将中间层直接平铺于两对接试样的待焊外表。 经干燥处理后, 将试样放入 GZQ-1 高温真空真空炉, 并预置一定压力进行连接实验。 利用金相显微镜、扫描电镜观察接头安排。 选用优化的焊接标准焊接高温强度试样, 测验接头高温拉伸及耐久强度, 并进行断口 分析。
2 试验结果与讨论
2. 1 接头安排分析
图 1 为选用非晶态中间层 TLP 连接 K640合金, 分别在 1240e和 1200e下保温两小时的接头组织。调查表明: 在两种焊接温度下, 中间层都已熔化并与临近母材产生互分散, 因为分散引起界面区成分产生改变, 这种 改变 导 致接头 部分的 等温凝固, 液相以母材为基向焊缝中心区域以外延式方式成长, 终究得到跨界面的晶粒安排, 焊缝中心部位未调查到显着的残留物。 但是, 两种接头安排在扫描电镜下不同较大 (图 2所示 )。 K640合金为固溶强化加碳化物强化合金, 有两种碳化物强化机制: 连续碳化物强化和弥散碳化物强化。 在外力作用时,接头中弥散散布的细微颗粒状碳化物对位错运动起阻止作用, 将大大提高接头的力学性能。 焊接温度为 1240e 时, 接头区 出现沿晶 界散布的 细微颗
粒, 经能谱分析, 可知该细微颗粒为高铬的碳化物相, 而在 1200e的焊接温度下, 晶界没有发现弥散散布的细哦 小碳化 物颗粒。 能够看出, 关于 K640合
金 TLP连接, 选择较高的焊接温度能析出细小沿晶界散布的弥散碳化物有助于进步接头性能。 别的,接头中部分位置存在的残留物 (图 1中箭头所指 ),经能谱检测及结合相图剖析, 可知其为含 S i较高的低熔点脆性化合物, 这是由于 S i元素未能充沛分散而构成的, 它的存在对接头的性能将发生不利影响,能够经过适当的保温时间使 S i分散愈加充沛。K640合金是铸造态使用合金, 过长的高温保温时间会引起母材晶粒长大。 为了 消除高温下长时间保温对母材的不利影响, 同时提高等温凝固时晶粒的形核率, 细化接头区组织, 提高焊缝力学性能, 本研究采用 TLP两段工艺: 在 1240e保温半小时使中间层完全熔化后,快速冷却到一个较低温度下进行等温凝固, 从而避免母材晶粒长大的趋势。 图 3为焊缝宽度为 40~ 60Lm、采用非晶态中间层 和两段TLP工艺 ( 1240e10e, 01 5h + 1180e 10e,4h)的接头组织及线扫 描结果。 可以看出, 在该工艺条件下, 中间层与近缝区母材已实现充分的互扩散, 两侧母材晶粒出现跨界面生长, 接头中没有明显的残留物, 未观察到连续的连接界面, 整个接头晶粒组织致密,成分分散均匀, 能谱分析标明, 接头的组织及成分都与母材接近。
