镍基高温合金的扩散连接.pptx

第6章;本章结构;概述;主要内容;6.1镍基高温合金的特点;图6-2高温合金及其制备工艺的发展;高温合金的发展与新工艺的应用密切相关。

由图6-2可知，20世纪60年代开发出真空冶金方法后，铸造高温合金得到了迅速发展，达到40余种，合金元素多达十余种，强化?相可达体积60%以上。70年代，定向及单晶铸造合金技术取得重大突破，研制出一批以DSMM200为代表的高温合金。80年代所开发的PWA1484的工作温度又有提高。; 通常把合金元素质量分数大于25%的合金称为超合金。当铝和钛的质量分数总量小于8%时，铝和钛可以用钽、铌代替。高温合金中一般都添加钴、铁钼钨钒等奥氏体形成元素。;二、镍基高温合金简介

镍基变形高温合金以汉语拼音字母“GH”加序号表示。镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。;镍基高温合金是镍的质量分数大于50%的高温合金，一般以镍、铬固溶体为基体添加多种合金元素，如钙、钼、铝、钛、铌、钴、钽及微量硼、锆等。镍基合金为面心立方点阵的固溶体。镍的主要物理和机械性能如表6-1。

; 组织特点：

主要的强化相：γ′(Ni3Al)相，含量达20%～55%左右。

另一类强化相：γ″(Ni3Nb)相，在700℃以下对强度的贡献远大于γ′相，特别显著地提高屈服强度，是涡轮盘材料中有名的强化相。

;三、Ni基高温合金焊接时存在的问题

（1）强化型合金焊接时易产生热裂纹。因加热过程中析出金属间化合物和碳化物，使基体和晶界强化，用电子束焊接时也有裂纹产生。包括焊缝热裂纹、HAZ液化裂纹和再热裂纹。

（2）高温合金的热强性好、变形阻力大，扩散连接时要实现可靠的物理接触，必须要达到一定的塑性变形，应提高连接温度或增加连接压力（Ni本身为立方晶格，原子排列密集，自由扩散能力差）。;（3）高温合金表面含有Al、Ti的氧化膜，而且Ni在高温下也容易生成NiO，这些氧化膜性能都比较稳定，难以去除。由于高温合金的氧化膜在扩散连接时以向母材溶解为主要破碎形式，使扩散连接困难。

（4）连接或焊接接头难以得到和母材同样的组织。由于直接焊接时难以去除氧化膜，一般采用夹层材料进行连接，很难得到与母材相同、含有γ’相析出的强化组织。;6.2高温合金的直接扩散连接;图6-3扩散连接参数对接头性能的影响（GH44）;二、表面加工状态对接头性能的影响

高温合金的扩散连接接头性能和界面的表面状态有关，表面粗糙度越大，获得可靠接头所需的温度越高或压力越大。

图6-4显示出的表面加工状态（精车加工和抛光加工）和接头性能的关系，连接母材为GH44，连接条件为T=1448K，p=20Mpa。;图6-4断面收缩率、抗弯曲强度与加热时间的关系;三、接头的高温持久强度

在确定的温度和时间下，不破坏的最大应力称为高温持久强度。

图6-5是CrNi80WBAl和CrNi80WBAl的持久强度试验结果，试件(a)经过1273K、2h和1723K、20h保温处理，在973K下进行持久强度实验，得到12000h的持久强度为160MPa左右。试件(b)的保温处理条件是1453K、1h和1073K、12h，实验温度1073K、30000h的持久强度可达176MPa。;图6-5高温合金及接头的持久强度;6.3高温合金加中间层的扩散连接

;图6-6接头强度与中间层相对厚度的关系; 断口分析发现：

①连接温度1323K时，接头在界面破坏，局部没有很好地接触，有机械加工的痕迹；

②1363K时，破断发生在母材上，中间层有很大的塑形变形，因此x=0.05可以认为是临界值。x0.05时，脆性破断发生在界面，焊接区物理接触不良；

③连接温度达到1403K时，由于高温减小了材料的变形阻力，只有x0.02时才出现脆性破坏，接头强度高。; 如图6-6(b)所示，当连接压力提高到40MPa时，所有温度下各种厚度的中间层都提高了接头强度，说明连接过程中物理接触变好，在X=0.02~0.05范围内，断裂均在母材上发生。由此说明：中间层厚度小时由于变形阻力大，表面物理接触不良，接头性能不好；厚度过大时，软中间层承受了所有的应力，也使接头性能降低。; 2.中间层对接头高温强度的影响

高温合金接头主要工作于高温环境，高温性能的好坏是评价接头性能的主要指标，与选用的中间层成分和厚度有关。

如图6.7所示，采用Ni80-Co20合金中间层，镍基合金为ЖC6K，扩散连接规范为T=1393K，p=30MPa，t=20min