[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接的粉末中間層材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210184085.4
• 申請(qǐng)日: 2012-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102672163A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹健;王義峰;宋曉國(guó);馮吉才
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F1/00
• 分類(lèi)號(hào): B22F1/00;B22F9/04;C22C19/05
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液相擴(kuò)散連接中間層材料及其制備方法。

背景技術(shù)

GH4169合金是Ni-Cr-Fe基時(shí)效強(qiáng)化高溫合金，在650℃以下的強(qiáng)度居高溫合金之首，并具有良好的抗熱疲勞、抗氧化、抗輻射和冷、熱加工性能，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)組件、航空及地面用渦輪盤(pán)、鍛造壓氣機(jī)葉片、緊固件、發(fā)動(dòng)機(jī)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、尾噴管的制造。其中許多部件的質(zhì)量對(duì)提高工作效率、保證可靠性及安全性、全面提升整體性能至關(guān)重要。因而，對(duì)GH4169高溫合金制作的復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行連接就成為制作高性能部件非常重要的一步，航空航天對(duì)高溫合金連接接頭力學(xué)性能的要求為達(dá)到焊后母材的90％。液相擴(kuò)散連接與其它連接方法相比具有接頭變形量小、組織成分均勻、性能最接近母材等優(yōu)勢(shì)，成為連接GH4169合金部件最為合適的方法。

但是目前用于連接鎳基高溫合金的中間層材料存在以下問(wèn)題：

1、Ni-Cr-B或Ni-Cr-Si中間層材料，接頭界面中易形成較多的硼化物或硅化物，導(dǎo)致接頭性能?chē)?yán)重下降，無(wú)論室溫還是高溫強(qiáng)度均相對(duì)較低，無(wú)法滿足對(duì)性能的高要求；

2、Ni-Cr-Si-B中間層材料對(duì)鎳基高溫合金的潤(rùn)濕性好，接頭界面中脆性化合物相對(duì)較少，但整個(gè)接頭中元素分布不夠均勻，接頭與母材成分相容性較差，性能有一定差距，且接頭高溫力學(xué)性能不能滿足要求，特別是在高溫環(huán)境下不能保證安全性；

3、對(duì)于常用的鎳基中間層材料連接鎳基高溫合金所獲得的接頭，熱處理工藝選取困難，尤其是與母材同步實(shí)現(xiàn)性能的恢復(fù)及強(qiáng)化非常困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決現(xiàn)有的GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接接頭脆性化合物多、成分不均勻、接頭與母材相容性差、后熱處理工藝難以與母材熱處理工藝相調(diào)和、在室溫及高溫環(huán)境下性能無(wú)法滿足高要求的問(wèn)題，而提供一種用于GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接的粉末中間層材料及其制備方法。

本發(fā)明用于GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接的粉末中間層材料按重量百分比由50.5％～52.5％的Ni粉、16.7～17.5％的Cr粉、16.2％～17.5％的Fe粉、4.0～5.0％的Si粉、1.75％～2.2％的B粉、4.7％～5.7％的Nb粉、0.85％～1.05％的Ti粉和2.7％～3.0％的Mo粉制成。

上述用于GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接的粉末中間層材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、按重量百分比稱(chēng)取50.5％～52.5％的Ni粉、16.7～17.5％的Cr粉、16.2％～17.5％的Fe粉、4.0～5.0％的Si粉、1.75％～2.2％的B粉、4.7％～5.7％的Nb粉、0.85％～1.05％的Ti粉和2.7％～3.0％的Mo粉，混合得到合金粉末；

二、將步驟一得到的合金粉末和磨球置于高能球磨罐中，抽真空后向球磨罐中充入氬氣，以250～350r/min的轉(zhuǎn)速，球磨4～20h，得到用于GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接的粉末中間層材料。

本發(fā)明所制備的中間層材料中，Ni、Cr、Fe為基體元素，其配比與GH4169高溫合金母材中基體元素配比相似，這就大大減少了三種基體元素在等溫凝固過(guò)程中的均勻化時(shí)間，可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)獲得與母材相容性較高的接頭；Si是降熔元素之一，可以改善它的潤(rùn)濕能力，其均勻分布在接頭區(qū)域，可以一定程度提升接頭塑性；B是本發(fā)明所制備的中間層材料中最主要的降熔元素，不僅可以改善它的潤(rùn)濕能力，更是連接過(guò)程中元素溶解、擴(kuò)散最主要的作用元素；Nb、Ti、Mo是增強(qiáng)元素，用來(lái)在連接過(guò)程中形成與高溫合金強(qiáng)化相成分相同的增強(qiáng)相，提高焊縫的強(qiáng)度。本發(fā)明所得的中間層材料成分均勻、純度高、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。采取在對(duì)接接頭中間平鋪預(yù)置中間層材料方式，擴(kuò)散連接溫度為1150～1180℃時(shí)可以得到完整的GH4169高溫合金液相擴(kuò)散連接接頭，接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能，焊后接頭的延伸率達(dá)50％以上，表明接頭中元素分布與母材達(dá)到較高程度的一致性，熱處理后接頭室溫抗拉強(qiáng)度高達(dá)焊后母材的95.7％，延伸率可以達(dá)到10％，650℃高溫強(qiáng)度可達(dá)焊后母材的93.2％，表明采用該中間層材料獲得的GH4169接頭具有與母材相匹配的熱處理工藝，滿足對(duì)接頭強(qiáng)度達(dá)焊后母材90％的性能要求，具有室溫及高溫拉伸強(qiáng)度高、塑性好，能滿足對(duì)接頭高的性能要求。

本發(fā)明中的粉末中間層材料制備方法與傳統(tǒng)的采用冶煉或燒結(jié)的制備中間層材料的方法相比，本發(fā)明的所使用的方法不受加工氧化和潤(rùn)濕劑的污染，所制備粉末中間層材料雜質(zhì)含量少，純度高，熔化均勻，流動(dòng)性好。