Brasage des Superalliages

Brasage des Superalliages

(1) Les superalliages aux caractéristiques de brasage peuvent être divisés en trois catégories : base nickel, base fer et base cobalt.Ils ont de bonnes propriétés mécaniques, une résistance à l'oxydation et une résistance à la corrosion à haute température.L'alliage à base de nickel est le plus largement utilisé dans la production pratique.

Le superalliage contient plus de Cr, et un film d'oxyde Cr2O3 difficile à éliminer se forme sur la surface pendant le chauffage.Les superalliages à base de nickel contiennent de l'Al et du Ti, qui s'oxydent facilement lorsqu'ils sont chauffés.Par conséquent, empêcher ou réduire l'oxydation des superalliages lors du chauffage et éliminer le film d'oxyde est le principal problème lors du brasage.Comme le borax ou l'acide borique dans le flux peut provoquer une corrosion du métal de base à la température de brasage, le bore précipité après la réaction peut pénétrer dans le métal de base, entraînant une infiltration intergranulaire.Pour les alliages à base de nickel coulé à haute teneur en Al et Ti, le degré de vide à chaud ne doit pas être inférieur à 10-2 ~ 10-3pa pendant le brasage pour éviter l'oxydation de la surface de l'alliage pendant le chauffage.

Pour les alliages à base de nickel renforcés par solution et renforcés par précipitation, la température de brasage doit être cohérente avec la température de chauffage du traitement de mise en solution pour assurer la dissolution complète des éléments d'alliage.La température de brasage est trop basse et les éléments d'alliage ne peuvent pas être complètement dissous ;Si la température de brasage est trop élevée, le grain de métal de base grossira et les propriétés du matériau ne seront pas restaurées même après le traitement thermique.La température de la solution solide des alliages de base coulés est élevée, ce qui n'affectera généralement pas les propriétés du matériau en raison d'une température de brasage trop élevée.

Certains superalliages à base de nickel, en particulier les alliages renforcés par précipitation, ont tendance à la fissuration sous contrainte.Avant le brasage, la contrainte formée dans le processus doit être complètement éliminée et la contrainte thermique doit être minimisée pendant le brasage.

(2) L'alliage à base de nickel du matériau de brasage peut être brasé avec une base d'argent, du cuivre pur, une base de nickel et une soudure active.Lorsque la température de travail du joint n'est pas élevée, des matériaux à base d'argent peuvent être utilisés.Il existe de nombreux types de soudures à base d'argent.Afin de réduire la contrainte interne lors du chauffage du brasage, il est préférable de choisir la soudure à basse température de fusion.Le flux Fb101 peut être utilisé pour le brasage avec un métal d'apport à base d'argent.Le flux Fb102 est utilisé pour le brasage du superalliage renforcé par précipitation avec la teneur en aluminium la plus élevée, et 10% ~ 20% de silicate de sodium ou de flux d'aluminium (tel que fb201) est ajouté.Lorsque la température de brasage dépasse 900 ℃, le flux fb105 doit être sélectionné.

Lors du brasage sous vide ou sous atmosphère protectrice, le cuivre pur peut être utilisé comme métal d'apport de brasage.La température de brasage est de 1100 ~ 1150 ℃, et le joint ne produira pas de fissuration sous contrainte, mais la température de travail ne doit pas dépasser 400 ℃.

Le métal d'apport de brasage à base de nickel est le métal d'apport de brasage le plus couramment utilisé dans les superalliages en raison de ses bonnes performances à haute température et de l'absence de fissuration sous contrainte pendant le brasage.Les principaux éléments d'alliage dans la soudure à base de nickel sont Cr, Si, B, et une petite quantité de soudure contient également Fe, W, etc. Comparé au ni-cr-si-b, le métal d'apport de brasage b-ni68crwb peut réduire l'infiltration intergranulaire. de B dans le métal de base et augmenter l'intervalle de température de fusion.C'est un métal d'apport de brasage pour le brasage des pièces de travail à haute température et des aubes de turbine.Cependant, la fluidité de la soudure contenant du W se détériore et l'espace de joint est difficile à contrôler.

Le métal d'apport pour brasage par diffusion active ne contient pas d'élément Si et présente une excellente résistance à l'oxydation et à la vulcanisation.La température de brasage peut être sélectionnée de 1150 ℃ à 1218 ℃ selon le type de soudure.Après brasage, le joint brasé avec les mêmes propriétés que le métal de base peut être obtenu après un traitement de diffusion à 1066 ℃.

(3) L'alliage à base de nickel du processus de brasage peut adopter le brasage dans un four à atmosphère protectrice, le brasage sous vide et la connexion en phase liquide transitoire.Avant le brasage, la surface doit être dégraissée et l'oxyde éliminé par polissage au papier de verre, polissage au feutre, récurage à l'acétone et nettoyage chimique.Lors de la sélection des paramètres du processus de brasage, il convient de noter que la température de chauffage ne doit pas être trop élevée et que le temps de brasage doit être court pour éviter une forte réaction chimique entre le flux et le métal de base.Afin d'empêcher la fissuration du métal de base, les pièces traitées à froid doivent être détendus avant le soudage, et le chauffage de soudage doit être aussi uniforme que possible.Pour les superalliages renforcés par précipitation, les pièces doivent d'abord être soumises à un traitement en solution solide, puis brasées à une température légèrement supérieure au traitement de renforcement par vieillissement, et enfin à un traitement de vieillissement.

1) Brasage dans un four à atmosphère protectrice Le brasage dans un four à atmosphère protectrice nécessite une grande pureté du gaz de protection.Pour les superalliages avec w (AL) et w (TI) inférieurs à 0,5 %, le point de rosée doit être inférieur à -54 ℃ lorsque de l'hydrogène ou de l'argon est utilisé.Lorsque la teneur en Al et Ti augmente, la surface de l'alliage s'oxyde encore lorsqu'elle est chauffée.Les mesures suivantes doivent être prises ;Ajoutez une petite quantité de flux (tel que fb105) et retirez le film d'oxyde avec flux;Un revêtement de 0,025 ~ 0,038 mm d'épaisseur est plaqué sur la surface des pièces ;Vaporisez préalablement la soudure sur la surface du matériau à braser ;Ajouter une petite quantité de flux de gaz, tel que le trifluorure de bore.

2) Brasage sous vide Le brasage sous vide est largement utilisé pour obtenir un meilleur effet de protection et une meilleure qualité de brasage.Voir le tableau 15 pour les propriétés mécaniques des joints typiques en superalliage à base de nickel.Pour les superalliages avec w (AL) et w (TI) inférieur à 4%, il est préférable de déposer par galvanoplastie une couche de nickel de 0,01 ~ 0,015 mm sur la surface, bien que le mouillage de la soudure puisse être assuré sans prétraitement spécial.Lorsque w (AL) et w (TI) dépassent 4 %, l'épaisseur du revêtement de nickel doit être de 0,020,03 mm.Un revêtement trop mince n'a aucun effet protecteur et un revêtement trop épais réduira la résistance du joint.Les pièces à souder peuvent également être placées dans le caisson pour le brasage sous vide.La boîte doit être remplie de getter.Par exemple, le Zr absorbe les gaz à haute température, ce qui peut former un vide local dans le caisson, empêchant ainsi l'oxydation de la surface de l'alliage.

Tableau 15 Propriétés mécaniques des joints brasés sous vide de superalliages à base de nickel typiques

La microstructure et la résistance du joint brasé du superalliage changent avec l'espace de brasage, et le traitement de diffusion après le brasage augmentera encore la valeur maximale autorisée de l'espace de joint.En prenant l'alliage Inconel comme exemple, l'écart maximum du joint Inconel brasé avec b-ni82crsib peut atteindre 90um après traitement de diffusion à 1000 ℃ pendant 1H ;Cependant, pour les joints brasés avec b-ni71crsib, l'écart maximum est d'environ 50um après traitement de diffusion à 1000 ℃ pendant 1H.

3) Connexion en phase liquide transitoire La connexion en phase liquide transitoire utilise l'alliage intercouche (environ 2,5 ~ 100 µm d'épaisseur) dont le point de fusion est inférieur à celui du métal de base comme métal d'apport.Sous une faible pression (0 ~ 0,007mpa) et une température appropriée (1100 ~ 1250 ℃), le matériau intercalaire fond d'abord et humidifie le métal de base.En raison de la diffusion rapide des éléments, une solidification isotherme se produit au niveau du joint pour former le joint.Cette méthode réduit considérablement les exigences d'adaptation de la surface du métal de base et réduit la pression de soudage.Les principaux paramètres de la connexion en phase liquide transitoire sont la pression, la température, le temps de maintien et la composition de l'intercalaire.Appliquez moins de pression pour maintenir la surface de contact de la soudure en bon contact.La température et le temps de chauffage ont un impact important sur les performances du joint.Si le joint doit être aussi solide que le métal de base et n'affecte pas les performances du métal de base, les paramètres de processus de connexion de haute température (tels que ≥ 1150 ℃) et de longue durée (tels que 8 ~ 24h) doivent être adopté;Si la qualité de connexion du joint est réduite ou si le métal de base ne peut pas résister à des températures élevées, une température plus basse (1100 ~ 1150 ℃) et une durée plus courte (1 ~ 8h) doivent être utilisées.La couche intermédiaire doit prendre la composition de métal de base connectée comme composition de base et ajouter différents éléments de refroidissement, tels que B, Si, Mn, Nb, etc. Par exemple, la composition de l'alliage Udimet est ni-15cr-18.5co-4.3 al-3.3ti-5mo, et la composition de la couche intermédiaire pour la connexion en phase liquide transitoire est b-ni62.5cr15co15mo5b2.5.Tous ces éléments peuvent réduire la température de fusion des alliages Ni Cr ou Ni Cr Co au plus bas, mais l'effet de B est le plus évident.De plus, le taux de diffusion élevé de B peut rapidement homogénéiser l'alliage intercouche et le métal de base.