Inconel 718高温合金瞬时液相连接及焊后热处理工艺与机理研究.pdf

中文摘要 摘 要 Inconel 718 镍基高温合金，具有良好的抗氧化性能、耐腐蚀性能、高的拉伸 强度和蠕变性能。本文结合发动机机匣密封件的实际需求，分别以 50 μm 厚的 BNi-1a 和BNi-2 镍基钎料作为中间层合金，在 1150°C 不同保温时间下对Inconel 718 合金进行瞬时液相连接，利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等方法对所获 得的接头进行显微组织分析，利用维氏硬度计和拉伸试验机对接头进行力学性能 测试，研究了中间层材料中Cr 含量和瞬时液相连接工艺参数对接头显微组织和力 学性能的影响规律。并对以 BNi-2 作为中间层得到的接头进行焊后热处理，研究 了焊后热处理工艺对接头界面结构、显微组织以及力学性能的影响规律。 以BNi-1a 作为中间层对Inconel 718 合金进行瞬时液相连接，采用的连接温度 为1150°C，保温时间为1 min、10 min、20 min 、30 min、60 min、120 min、180 min 和240 min 。当保温时间小于240 min 时，接头没有完成等温凝固，接头界面结构 分为四个明显不同的区域，即非等温凝固区、等温凝固区、扩散影响区和基体母 材。非等温凝固区由富Cr 硼化物、富Ni 硅化物和富Ni-Nb 硼化物等金属间化合 物组成。等温凝固区由镍基固溶体组成。扩散影响区由不同形态的硼化物组成。 当保温时间为240 min 时，接头完成了等温凝固，焊缝中的金属间化合物全部溶解， 非等温凝固区消失，接头由等温凝固区，扩散影响区以及基体母材组成。接头的 力学性能测试结果表明，接头的剪切强度随保温时间的延长而增加，在保温 240 min 时得到最大的剪切强度值367.5 MPa 。 以BNi-2 作为中间层对Inconel 718 合金进行瞬时液相连接，采用的连接温度 为1150°C，保温时间为1 min、10 min、20 min 、30 min 和60 min 。当保温时间为 20 min 时，接头完成了等温凝固。接头的力学性能测试结果表明，接头的剪切强 度随保温时间的延长先增加后减少，在保温20 min 时得到最大的剪切强度值389.4 MPa 。 中间层BNi-1a 比BNi-2 含有更多的Cr 元素，中间层中较高的Cr 含量会提高 中间层的熔点以及抑制降熔点元素向母材扩散。因此，在相同的瞬时液相连接工 艺条件下，以BNi-1a 作为中间层对Inconel 718 合金进行瞬时液相连接时，其完成 等温凝固所需的时间更长。保持中间层和连接温度不变，随着保温时间增加，扩 散影响区析出的化合物数量越少，分布越均匀，尺寸越细小；焊缝宽度、扩散影 响区厚度、等温凝固区宽度和晶粒尺寸越大；等温凝固区的平均硬度、扩散影响 区的峰值硬度和母材的平均硬度越小。 为了进一步优化连接质量，对以 BNi-2 钎料作中间层连接的接头进行焊后热 I 重庆大学硕士学位论文 处理。发现接头经固溶处理后，接头原来存在的非等温凝固区消失，在等温凝固 区内析出了Ni-Si-Nb 三元化合物，且保温时间越长，析出的化合物越多。接头经 固溶+时效处理后，等温凝固区会析出相同形状以及分布相似的Ni-Si-Nb 三元化合 物，但化合物中Nb 的含量会减少。母材和焊缝区域在时效过程中会析出细小的γ 相。 固溶处理对接头强度的影响与接头原始微观组织有关，保温时间短的接头， 其焊缝区域有非等温凝固区，固溶处理后非等温凝固区消失，析出的Ni-Si-Nb 三 元化合物较少，接头强度增加；保温时间长的接头经固溶处理后，等温凝固区晶 粒长大，析出Ni-Si-Nb 三元化合物增多，接头强度降低。固溶+时效处理对接头强 度提升效果明显，保温1 min 的接头经固溶+时效处理后其剪切强度由202.7 MPa 提高到693.3 MPa 。固溶处理使母材和焊缝区域的硬度均降低，而固溶+时效处理 使母材和焊缝区域的硬度均增加。 关键词：Inconel 718 镍基高温合金；瞬时液相连接；焊后热处理；显微组织；力 学性能