dd3合金tlp扩散焊等温凝固过程研究

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1、第31卷第6期航空材料学报Vol.31，No.62011年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSDecember2011DD3合金TLP扩散焊等温凝固过程研究11211李晓红，叶雷，钟群鹏，曹春晓，熊华平(1．北京航空材料研究院，北京100095;2．北京航空航天大学，北京1000191)摘要:采用一种含B中间层合金在不同温度下保温不同时间TLP连接DD3高温合金。观察不同连接规范下的焊缝组织并测定了焊缝中央共晶区域的宽度。研究发现，焊缝中央共晶宽度与保温时间的1/2次方成反比。由此推算出1150℃，1200℃和1250℃连接温度下等温

2、凝固完成所需时间分别不超过3h，2h和1h。通过建立扩散模型并利用菲克第二定律的误差函数解，分别根据Ni-B和DD3-B模拟相图，计算了不同连接温度下焊缝完成等温凝固所需要的时间。计算结果表明对于给定的连接系统，存在一个连接温度的最佳值，在该温度下，焊缝等温凝固完成所需的时间最短。结果表明，对于DD3合金的TLP扩散焊，采用1250℃的连接温度比较合适。关键词:瞬间液相扩散焊;等温凝固;模型DOI:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.6.001中图分类号:V223;V215．5文献标识码:A文章编号:1005-5053(2011)06-00

3、01-06［9，10］高温合金由于其良好的高温性能而被广泛应用代单晶高温合金，其成分较简单，不含稀缺贵重于航空发动机热端部件如涡轮工作叶片和导向叶元素，成本较低，中、高温性能良好，力学性能与国外片。随着航空科学技术的发展，发动机性能要求越第一代单晶合金PWA1480相当。合金还具有优越来越高，对制造叶片用高温合金的耐热性等性能的的抗热疲劳性能，组织稳定性好，适合于制作要求也相应提高。单晶高温合金由于没有晶界，且1040℃以下工作的燃气涡轮转子叶片和在1100℃通过提高合金固溶温度及去除C，B，Zr，Hf等会降以下工作的导向叶片。本研究采用自制中间层合金低合金初熔点

4、的元素等方法使其高温性能明显好于对DD3合金进行不同温度下的TLP扩散焊，并对其普通铸造高温合金，是目前最优越的涡轮叶片用材等温凝固过程进行了研究。［1］料。同时在叶片的结构设计上采取了在叶片内部制造复杂内部冷却通道的空心结构，通以高压空1实验材料及方法气强制冷却以进一步提高冷却效率，从而进一步提高发动机性能。对于这种复杂空心结构，仅凭铸造实验用母材为DD3高温合金，其主要成分见表技术难以实现，钎焊或过渡液相(TLP)扩散焊是制1。TLP扩散连接用中间层合金D1F为在DD3合金造空心汽冷叶片的关键技术之一。TLP扩散焊综合成分基础上去除Al，Ti元素后再加上一定量

5、的降熔了钎焊和固相扩散焊二者的优点，其与钎焊的区别元素B制成的箔状带材，其厚度约为20μm。在于该方法实现了等温凝固，形成的接头组织性能在1150℃，1200℃和1250℃分别保温5min，与固相扩散焊类似，不像钎焊接头与基体有较大的10min，30min，1h和2h进行DD3合金扩散连接等差异。同时工艺简单，不像固相扩散焊对焊前准备温凝固实验。装配时在试样中间夹两层中间层合及设备条件要求那么高。因此，是一种非常适合于金箔(厚度约20μm)后两侧氩弧点焊定位，间隙约高温合金的连接方法。目前，国外已有该方法的实为40μm。实验方法为首先在真空炉内相应温度［2，3］际

6、应用并取得了良好效果，在单晶合金的TLP下保温2min使中间层合金熔化填缝后再封装在［4～8］扩散焊研究中也取得了一定进展。真空石英管中加热至该温度保温一定时间后取出DD3合金为北京航空材料研究院研制的第一淬水。然后将每个试样剖开，磨平并腐蚀(腐蚀液配方为硝酸∶氢氟酸∶甘油=1∶3∶5)，在光学显微收稿日期:2011-10-08;修订日期:2011-10-20镜下观察各接头的显微组织，测量焊缝宽度、焊缝作者简介:李晓红(1962—)，男，博士，研究员，主要从事新型材料及结构件钎焊、扩散焊研究，(E-mail)lixiaohong621@中央的共晶宽度以及由于中间层

7、合金中的B向母yahoo．com。材扩散而在近缝区部位形成的硼化物分布区的宽2航空材料学报第31卷度。在测量硼化物分布区宽度时，观察到硼化物有明显的两条黑带，因此以该区的宽度作为硼化分布集中的区域受腐蚀程度较严重，在焊缝两侧物集中分布的区域。表1DD3合金的主要成分(质量分数/%)Table1Compositionsoftheexperimentalbasematerial(massfraction/%)CCrCoWMoAlTiFeBZrMnSiNi≤0．019．0～10．04．5～5．55．0～6．03．5～4．55．5～6．21．7～2．4≤0．50．005≤

8、0．007