IC10单晶高温合金的TLP扩散焊工艺及机理研究

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1、硕士学位论文IC10单晶高温合金的TLP扩散焊工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFTLPBONDEDIC10SINGLECRYSTALSUPERALLOY肖力源哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG453.9学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文IC10单晶高温合金的TLP扩散焊工艺及机理研究硕士研究生：肖力源导师：张丽霞教授申请学位：工学硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TG453.9U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFTLPBONDEDIC10SINGLECRYSTALSUPERALLOYCandidate：XiaoLiyuanSupervisor：Prof.ZhangLixiaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterials

3、ScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要针对IC10单晶高温合金连接与修复的应用需求，本文根据IC10单晶高温合金的化学成分，采用BNi2+0/3/6/9%Al(wt.%)混合粉末作为中间层进行了瞬时液相(TLP)扩散焊实验研究，分析了中间层中Al元素含量对接头微观组织、力学性能、断口形貌和硬度分布的影响。在此基础上，研究焊接工艺参数对IC10/BNi2+3%A

4、l/IC10接头的微观组织、力学性能、断口形貌和硬度分布的影响。分析了Al元素的加入对焊缝组织及其分布的影响。最后基于B元素的扩散和双相解模型对TLP扩散焊接头形成过程进行一些理论分析计算。采用BNi2+Al中间层，对IC10合金进行TLP连接，焊缝中产生的物相主要有焊缝基体γʹ相、CrB相、(γ-Ni+M23B6)共晶组织以及少量的(γ-Ni+M23B6+CoSi2)共晶组织，扩散区中产物主要为M5{B,Si}3析出相和M5B3析出相。随着中间层中Al元素含量的升高，焊缝中的析出相分布更加弥散。在相同焊接条件下，在采用BNi2+3%Al中间层时，接头常

5、温抗剪强度最高，达到570MPa。在采用BNi2中间层时，因接头中心处存在有大量连续的共晶组织，降低了接头的可靠性；而当加入Al元素含量过高时，根据其接头微观组织以及断口形貌发现，中间层的润湿铺展性能大大下降，导致接头中产生较多孔洞，恶化了接头力学性能。研究焊接工艺参数对IC10/BNi2+3%Al/IC10接头的影响。发现焊接温度对扩散区产物的形成与分布影响剧烈，在焊接温度较低时，焊缝内存在有较多的共晶组织以及CrB相，扩散区无富Si析出相；当温度较高时，焊缝可实现等温凝固，且扩散区存在有富Si析出相。保温时间对于焊缝内反应产物的分布也有一定影响，随着

6、保温时间的增加焊缝内反应产物均有不同程度的溶解扩散。随着焊接温度从1040°C升高到1140°C，接头平均抗剪强度也从220MPa升高到550MPa而后小幅度下降到480MPa；随着保温时间从0.5h增长到3h，接头平均抗剪强度也先升高后逐渐趋于稳定。测得IC10/BNi2+3%Al/IC10接头的1000°C高温抗拉强度为85MPa到130MPa。剪切断口主要是准解理断裂特征，高温拉伸断口主要表现为沿晶断裂特征。通过纳米压痕测试得出接头中各物相的硬度。通过显微硬度测试，发现焊缝中硬度与存在的析出相以及共晶组织的面积和分布有关，位于非等温凝固区的反应产物

7、的硬度均高于母材及焊缝基体硬度。由于中间层中混合有Al粉，导致等温凝固阶段与传统的TLP扩散焊接头形成模型不再一致，接头不再以焊缝中心位置存在有连续分布的共晶组织以及析出相为特点，而是将低熔点液相分流于相界之间，使得在焊缝在形成γ′相的同时，CrB-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文析出相以及低熔点共晶组织沿着γ′相的相界析出。最后以双相解模型为基础，结合B元素的扩散理论，计算出在焊接温度为1100°C时，液相区域可达到的最大宽度Wmax=109.88µm，完成等温凝固过程所需要的理论时间t=9.4h，B元素理论浓度为0.0271%~0.027%；在焊接

8、温度为1140°C时，液相区最大宽度Wmax=118.07µm，完成等温凝固过程