高温合金地焊接性

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1、实用标准文案高温合金的焊接性1引言高温合金是航空发动机的关键材料，而镍基及镍铁基高温合金是目前高温合金结构材料的重要组成部分,镍基高温合金由于具有优异的耐热性及耐腐蚀性，被称之为“航空发动机的心脏”，具有组织稳定、工作温度高、合金化能力强等特点，目前已成为航空航天、军工、舰艇燃气机、火箭发动机所必须的重要金属材料，同时在高温化学、原子能工业及地面涡轮等领域得到了广泛的应用。据统计，在国外一些先进的飞机发动机中,高温合金的用量已达发动机重量的55%～60%。用于制造涡轮叶片的材料主要是镍基高温合金，同时镍基高温合金还是目前航空

2、发动机和工业燃汽轮机等热端部件的主要用材，在先进发动机中这种合金的重量占50%以上。从高温合金的发展史来看，高温合金经历了变形高温合金、普通铸造高温合金、定向凝固高温合金、单晶高温合金4个阶段。低膨胀高温合金具有高强度和低膨胀系数相结合的独特性能,有良好的冷热疲劳性能,耐热冲击、抗高压氢脆。自70年代开始研究开发低膨胀高温合金以来,相继有十几种不同类型的低膨胀高温合金问世,并被广泛用于航空航天工业中。航空工业上低膨胀高温合金主要用于涡轮发动机机匣、涡轮外环以及封严圈、蜂窝支撑环等零部件的制造,以缩小叶片与机匣、封套之间的间隙

3、,降低燃气损失,提高发动机的推力和效率。美国的CFM—56、V—2500和F101发动机都大量采用这类合金,有的用量已达到发动机质量的25%。航天工业上采用这类合金制造宇宙飞船和火箭发动机的主燃烧室、涡轮泵和喷嘴等零件。低膨胀高温合金的应用不可避免要涉及到焊接加工。已有的研究表明,这类合金焊接时存在一定的焊缝结晶裂纹和热影响区微裂纹倾向。这不仅会限制新材料的应用范围,还有可能引发再热裂纹和疲劳裂纹造成产品的报废,甚至给飞机的安全飞行埋下严重隐患。因此,开展低膨胀高温合金的焊接性研究,研究其焊接裂纹的形成机理、影响因素和控制措

4、施,不仅能够丰富焊接裂纹理论,而且对于提高航空航天发动机的可靠性和安全性有着重要意义。该领域的研究日益受到人们的重视,并且取得了一定的进展。2低膨胀高温合金的成分特点及焊接性大致可以把低膨胀高温合金分为四类。第一类是含Nb低膨胀高温合金,它包括Incoloy903和PyromentCTX—1及国产GH903。此类合金以Fe-Ni-Co为基,添加Nb、Ti、Al等元素进行强化。第二类是降Al低膨胀高温合金,它包括Incoloy907和CTX—3及国产GH907。为提高抗应力加速晶界氧化脆性,此类合金中限制Al含量<0.1%(质

5、量分数),适当提高了Nb含量。第三类是高Si低膨胀高温合金,它包括Incoloy909和CTX—909及国产GH909。这类合金是降Al低膨胀高温合金的改型,其基本成分相同,仅提高了Si含量。最后一类是抗氧化低膨胀高温合金。已有的关于低膨胀高温合金的研究,主要集中在Incoloy903上,对于Incoloy907和Incoloy909的研究相对较少,国内对GH907焊接热影响区液化裂纹作过系统的研究。而关于GH909精彩文档实用标准文案焊接性的研究,目前仍未见报道。Ernst等采用点状和小型可变拘束试验考察了Incoloy9

6、03、Incoloy907和Incoloy909的焊接性。结果表明,这些合金对热影响区(HAZ)液化裂纹和焊缝结晶裂纹的相对敏感性排序为Incoloy903

7、多种不同的机理:(1)由偏析引起的局部成分变化造成晶界的熔化;(2)由初始碳化物、碳氮化物、硼化物、硫化物等的组分液化在晶界形成液膜;(3)晶界迁移时造成γ相晶界溶质的积累;(4)熔合区富Nb的重新凝固的晶界上的Nb沿熔合区连续通道扩散进入HAZ;(5)富Nb液相沿γ相晶界从熔合区向HAZ内贯穿。在上述各机理中组分液化得到了更多的认可与研究。Lin等人的研究认为,Incoloy903中HAZ液相的基本来源是富Nb碳化物的组分液化,而Incoloy909中其来源则是富Nb和Si的Laves相和/或G-相的组分液化。Nakkal

8、il等进一步的研究表明,Incoloy903HAZ液相主要产生于晶界上已有的初始MC碳化物、MNP磷化物以及细小碳化物的组分液化。HAZ微裂纹敏感性与HAZ晶界液相数量有关,随Nb+Si含量增加,液相增加,裂纹敏感性也增加。Nakkalil等人的研究发现,晶界上过饱和液膜的凝固方式对微裂纹