镍基单晶高温合金钎焊连接的取向关系研究
发布时间：2021-04-14 04:41
本文采用镍基合金钎料JSSNi60A在1210°C/30 min钎焊工艺下,连接0°+0°、0°+45°、0°+90°三种不同取向偏差的CMSX-4单晶高温合金样品,并对钎焊接头进行焊后热处理,研究取向偏差和焊后热处理对钎焊单晶合金接头的微观组织与力学性能影响规律,并分析接头的组织演变过程、元素分布与晶体取向变化规律,阐明钎焊接头的形成机理。采用JSSNi60A镍基钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金,可获得完整、均匀的钎焊接头,接头主要由三部分组成:液态钎料合金冷却凝固形成的钎料合金区;在保温过程中等温凝固形成的界面接连区;由于元素扩散进母材而存在的一层扩散影响区。钎料合金区主要由γ-Ni固溶体、M3B2型硼化物、CrB、γ+γ′共晶相、γ-Ni+Ni3B+CrB三元共晶相以及焊缝中心处少量的（Ni,Nb,Co）3Si相组成;界面连接区为邻近母材的液态钎料合金凝固形成,主要为γ-Ni固溶体;扩散影响区为靠近界面连接区的母材,主要由γ基体和均匀分布的γ′强化相组成。对不同取向偏差的CMSX-4单晶钎焊接...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温合金承温能力发展过程[3]
硕士学位论文3温合金大幅度提升，因此得到了更加广泛的应用[11,12]。1.3单晶高温合金的发展用于制造航空发动机涡轮叶片的高温合金材料，经历了从等轴晶、柱状晶再到单晶的发展过程，如图1.2所示[13]。镍基单晶高温合金具有优异的高温性能，是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的首选材料。为发展高性能航空发动机的生产工艺水平，各个国家一直十分重视镍基单晶高温合金的研制和发展[14]。图1.2涡轮叶片晶粒[13](a)等轴晶；(b)柱状晶；(c)单晶自单晶高温合金问世以来，镍基单晶高温合金的发展已经经历了五代[15~17]。第一代单晶高温合金PWA1480、CMSX-2、SRR99和DD3等研制成功并应用以来[18~21]，单晶高温合金的研制取得突破性的进展。随着合金成分设计水平的提高以及铸造工艺的改进，在第一代单晶高温合金成分基础上添加一定量的难溶金属元素—铼（Re），研制出承温能力比第一代单晶高温合金分别高30°C和60°C的第二代和第三代单晶高温合金[22,23]。铼元素的添加对镍基单晶高温合金的蠕变性能有显著的提高，这一现象被称为“铼效应”[24,25]。值得注意的是，第一代单晶以后的单晶高温合金代次的划分，主要依据是铼元素的添加量，添加3%Re的CMSX-4、RenéN5、PWA1484等是典型的第二代单晶高温合金[26~28]，第二代单晶高温合金是目前研究较为全面以及应用最为广泛的一类单晶高温合金。添加6%Re的CMSX-10、RenéN6等是典型的第三代单晶高温合金[29,30]，通过提高铼元素的添加量，第三代单晶相比于第二代单晶高温合金具有更高的持久寿命。但是，随着铼元素添加量的增加，合金组织稳定性降低，在实际的应用中易析出TCP（拓扑密排相）等有害相[31,32]，限制了通过持续添加铼元素进一步提高合金性能的发展思路。?
硕士学位论文5图1.3高温合金焊接难易程度与Al、Ti含量的关系[43]综上所述，高温合金由于其成分复杂，焊接性较差，焊接过程中极易出现裂纹等焊接缺陷，以及不能满足“等强性”的问题。对于高温合金构件，尤其是结构复杂的单晶高温合金空心叶片，对尺寸精度与力学性能有极高的要求。因此必须在加工制造过程中采用先进的焊接技术，并设计合理的焊接工艺参数，才能获得理想的焊接接头。1.5高温合金的焊接方法高温合金由于其合金化程度较高，合金系极为复杂。一般除了基体元素(镍、钴或铁)外，同时含有大量的合金化元素，如：Co、Cr、Mo、W、Al、Ti、Nb、Ta、V及B、Zr、Re等，导致焊接性较差。许多研究表明[46~51]，采用钨极氩弧焊、电子束焊或激光焊等先进的熔化焊工艺，对高温合金进行焊接时，由于过量的、不平衡的热输入，存在较大的温度梯度，造成接头中产生残余应力，不可避免地产生裂纹和缺陷，接头性能较差。因此，对于高温合金的焊接，普遍认为采用非熔化的焊接方法，如扩散焊与钎焊技术等[52,53]。以下简要介绍高温合金的几种焊接方法。1.5.1固相扩散连接固相扩散连接是在一定的温度和压力下，使得被连接的材料界面发生微观变形，原子间相互扩散实现可靠接头的连接方法[54]。扩散连接分为三个阶段，如图1.4所示为扩散连接的示意图。图1.4(a)表示，待连接材料进行装配后，连接面之间只限于极少数的不平点的接触。第一阶段，如图1.4(b)所示在高温和外加应力
本文编号：3136680
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温合金承温能力发展过程[3]
硕士学位论文3温合金大幅度提升，因此得到了更加广泛的应用[11,12]。1.3单晶高温合金的发展用于制造航空发动机涡轮叶片的高温合金材料，经历了从等轴晶、柱状晶再到单晶的发展过程，如图1.2所示[13]。镍基单晶高温合金具有优异的高温性能，是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的首选材料。为发展高性能航空发动机的生产工艺水平，各个国家一直十分重视镍基单晶高温合金的研制和发展[14]。图1.2涡轮叶片晶粒[13](a)等轴晶；(b)柱状晶；(c)单晶自单晶高温合金问世以来，镍基单晶高温合金的发展已经经历了五代[15~17]。第一代单晶高温合金PWA1480、CMSX-2、SRR99和DD3等研制成功并应用以来[18~21]，单晶高温合金的研制取得突破性的进展。随着合金成分设计水平的提高以及铸造工艺的改进，在第一代单晶高温合金成分基础上添加一定量的难溶金属元素—铼（Re），研制出承温能力比第一代单晶高温合金分别高30°C和60°C的第二代和第三代单晶高温合金[22,23]。铼元素的添加对镍基单晶高温合金的蠕变性能有显著的提高，这一现象被称为“铼效应”[24,25]。值得注意的是，第一代单晶以后的单晶高温合金代次的划分，主要依据是铼元素的添加量，添加3%Re的CMSX-4、RenéN5、PWA1484等是典型的第二代单晶高温合金[26~28]，第二代单晶高温合金是目前研究较为全面以及应用最为广泛的一类单晶高温合金。添加6%Re的CMSX-10、RenéN6等是典型的第三代单晶高温合金[29,30]，通过提高铼元素的添加量，第三代单晶相比于第二代单晶高温合金具有更高的持久寿命。但是，随着铼元素添加量的增加，合金组织稳定性降低，在实际的应用中易析出TCP（拓扑密排相）等有害相[31,32]，限制了通过持续添加铼元素进一步提高合金性能的发展思路。?
硕士学位论文5图1.3高温合金焊接难易程度与Al、Ti含量的关系[43]综上所述，高温合金由于其成分复杂，焊接性较差，焊接过程中极易出现裂纹等焊接缺陷，以及不能满足“等强性”的问题。对于高温合金构件，尤其是结构复杂的单晶高温合金空心叶片，对尺寸精度与力学性能有极高的要求。因此必须在加工制造过程中采用先进的焊接技术，并设计合理的焊接工艺参数，才能获得理想的焊接接头。1.5高温合金的焊接方法高温合金由于其合金化程度较高，合金系极为复杂。一般除了基体元素(镍、钴或铁)外，同时含有大量的合金化元素，如：Co、Cr、Mo、W、Al、Ti、Nb、Ta、V及B、Zr、Re等，导致焊接性较差。许多研究表明[46~51]，采用钨极氩弧焊、电子束焊或激光焊等先进的熔化焊工艺，对高温合金进行焊接时，由于过量的、不平衡的热输入，存在较大的温度梯度，造成接头中产生残余应力，不可避免地产生裂纹和缺陷，接头性能较差。因此，对于高温合金的焊接，普遍认为采用非熔化的焊接方法，如扩散焊与钎焊技术等[52,53]。以下简要介绍高温合金的几种焊接方法。1.5.1固相扩散连接固相扩散连接是在一定的温度和压力下，使得被连接的材料界面发生微观变形，原子间相互扩散实现可靠接头的连接方法[54]。扩散连接分为三个阶段，如图1.4所示为扩散连接的示意图。图1.4(a)表示，待连接材料进行装配后，连接面之间只限于极少数的不平点的接触。第一阶段，如图1.4(b)所示在高温和外加应力
本文编号：3136680
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