專利名稱:抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊用焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于涉及一種用于GH783及其他抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊的焊絲。
背景技術(shù):
高推重比發(fā)動機對核心機部位的材料提出了更高要求,同時要求在結(jié)構(gòu)上能降低燃?xì)鈸p耗,提高熱效率。而低膨脹高溫合金構(gòu)件可實現(xiàn)主動間隙控制,大大降低燃?xì)鈸p失,降低油耗,提高性能。低膨脹高溫合金是以Fe-N1-Co為基添加Nb、Al、Ti等元素形成金屬間化合物沉淀得到強化的,具有高強度、低膨脹系數(shù)和穩(wěn)定的彈性模量。早期的低膨脹高溫合金Incoloy903、Incoloy907、Incoloy909,為了控制線膨脹系數(shù)都不添加Cr,因此合金的抗氧化性能較差。為滿足高性能發(fā)動機的需求,相繼開發(fā)出了抗氧化的低膨脹高溫合金EXP4005、Inconel783 (GH783)合金,這類合金添加 2.5% 3.5%Cr 和 5.0% 6.0%A1, Cr、Al的加入提供了氧化抗力,尤其是高Al含量使奧氏體基體在晶內(nèi)和沿晶界析出β相,顯著提高了合金對應(yīng)力加速晶界氧化脆化的抗力。其中Inconel783合金650°C抗氧化性與Inconel718相當(dāng),650/100°C氧化速率達(dá)到完全抗氧化。因此Inconel783合金在渦輪發(fā)動機機匣、渦輪外環(huán)等需要高溫間隙控制的構(gòu)件選材上更具競爭力。由于抗氧化低膨脹高溫合金為沉淀強化型高溫合金,合金元素多,尤其是偏析元素Nb、Ti的加入,致使合金焊接容易出現(xiàn)焊縫凝固裂紋。另外,S1、S、P、等元素偏析,會在晶界上形成低熔點化合物或低熔點共晶,改變液膜的潤濕性并擴大液相凝固區(qū)間,因而導(dǎo)致合金的裂紋敏感性提高。發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明的目的是提供一種用于GH783合金焊接的既可保持焊縫室溫、高溫力學(xué)性能又能提 高焊縫熱裂紋抗力的抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊的焊絲。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是,焊絲成分的重量百分比為:C0.01-0.08,Si ( 0.20,Mn ( 0.10,P 彡 0.015,S 彡 0.005,Cu ( 0.10,Cr2.4-3.2,Ν 24.0-28.0, Fe24.0-27.0, Nb2.0-3.0,A15.0-6.0, Μο2.5-4.5,Ti0.1-0.3,B0.006-0.012,Υ0.01-0.05,余為 Co ;焊絲的制備方法是:(I)采用真空感應(yīng)爐冶煉焊絲合金,其工藝條件:真空度0.1 1.0Pa,精煉溫度1560 1580°C,精煉時間20 25分鐘,停止加熱,凍結(jié)至熔液暗紅,加入AUTi及稀土 Y,再精煉5分鐘,最后澆注,澆注溫度1410 1420°C ;(2)采用真空自耗電弧爐重熔焊絲合金,其工藝條件:真空度0.1 l.0Pa,電壓20 35V,電流密度150 200A/cm2,熔煉速度5.0 10.0cm/min ;(3)將重熔后的鑄錠去縮孔、車表皮后,進(jìn)行均勻化處理,均勻化處理規(guī)范為:11600C ±10°C X4hr,空冷;(4)將均勻化處理后的鑄錠鍛造成圓棒,鍛造規(guī)范為:加熱溫度1141°C ±10°C,保溫20 60min,保溫時間隨棒材橫截面的減小而縮短,鍛造時先鍛非帽口端,第一火每錘的變形量要小,試探著鍛,使其變形性能逐漸提高,第二、三火及后續(xù)火次逐漸增大每錘的變形量;(5)將自由鍛后的棒材熱軋成細(xì)棒材,熱軋前預(yù)熱,預(yù)熱規(guī)范為:加熱溫度IlOO0C ±10°C,保溫 15 20min ;(6)將熱軋后的細(xì)棒材在拉絲設(shè)備上進(jìn)行拉拔,在拉絲過程中,對細(xì)棒材進(jìn)行中間退火處理,退火規(guī)范為:加熱溫度1100°c ±10°C,保溫15 20min,水冷,直至將其拉拔為目標(biāo)尺寸的焊絲;(7)焊絲酸洗,首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑,再用25% 30%HN03水溶液光亮處理。上述本發(fā)明的技術(shù)原理為:GH783合 金發(fā)達(dá)的焊縫枝晶組織及枝晶間低熔點組分的存在是造成其高熱裂紋敏感的主要原因。枝晶間低熔點組分主要包括Laves相、碳化物和Y ’等與Y相的共晶。Nb、T1、S1、S、P等元素向晶界和凝固亞結(jié)構(gòu)邊界的偏析,促進(jìn)低熔共晶的形成。焊縫成分對低熔共晶的種類、構(gòu)成和數(shù)量具有影響。本發(fā)明通過降低Nb、S1、T1、Cu元素含量和增加C、B元素含量減少Laves/ Y共晶的形成。利用C元素在焊縫凝固時先與Nb形成NbC/Y共晶的作用,抑制共晶點更低的Laves/ Y共晶的形成,降低焊縫熱裂紋敏感性。通過添加Mo元素提高合金的抗裂性。利用B和稀土 Y元素對晶界的凈化作用,提高焊縫熱裂紋抗力。另外,利用Y減少P向晶界的偏析,促進(jìn)晶界析出相由ε相轉(zhuǎn)變?yōu)镠相,提高合金的氧化抗力和應(yīng)力斷裂強度。通過適當(dāng)提高Co/Ni比、降低Cr元素含量彌補Mo元素添加所造成的線膨脹系數(shù)增加。采用真空自耗重熔提高焊絲純凈度,降低焊絲氣體含量和S、P、Si含量,降低和彌散焊絲中的夾雜,以此控制焊縫凝固偏析和晶間低熔點液態(tài)膜,從而提高焊縫抗熱裂紋能力。同時也有利于保持焊縫的韌塑性。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果:采用本發(fā)明的焊絲焊接GH783低膨脹高溫合金焊接性良好,裂紋敏感性指數(shù)控制在5%以下,能有效防止焊接熱裂紋的發(fā)生;接頭室溫和高溫強度及持久性能得到保持,接頭強度系數(shù)達(dá)到90%以上,韌塑性得到改善;焊絲的線膨脹系數(shù)與GH783合金的線膨脹系數(shù)比較接近,可減輕因焊縫與母材線膨脹系數(shù)差異而造成的熱應(yīng)力,提高構(gòu)件使用的可靠性。
具體實施方式
:選取焊絲合金成分(wt%):C0.01-0.08,Si ( 0.20,Mn ( 0.10,P 彡 0.015,S 彡 0.005,Cu ( 0.10,Cr2.4-3.2,Ν 24.0-28.0, Fe24.0-27.0, Nb2.0-3.0, A15.0-6.0,Μο2.5-4.5,Ti0.1-0.3,B0.006-0.012,Υ0.01-0.05,余為 Co。焊絲的制備方法是:(I)爐料配比根據(jù)各元素的目標(biāo)含量和熔煉燒損系數(shù),確定各原料的配比。(2)采用真空感應(yīng)爐冶煉焊絲合金,其工藝條件:真空度0.1 1.0Pa,精煉溫度1560 1580°C,精煉時間20 25分鐘,停止加熱,凍結(jié)至熔液暗紅,加入AUTi及稀土 Y,再精煉5分鐘,最后澆注,澆注溫度1410 1420°C ;(3)采用真空自耗電弧爐重熔焊絲合金,其工藝條件:真空度0.1 l.0Pa,電壓20 35V,電流密度150 200A/cm2,熔煉速度5.0 10.0cm/min ;(4)將重熔后的鑄錠去縮孔、車表皮后,進(jìn)行均勻化處理,均勻化處理規(guī)范為:11600C ±10°C X4hr,空冷;(5)將均勻化處理后的鑄錠鍛造成圓棒,鍛造規(guī)范為:加熱溫度1141°C ±10°C,保溫20 60min,保溫時間隨棒材橫截面的減小而縮短,鍛造時先鍛非帽口端,第一火每錘的變形量要小,試探著鍛,使其變形性能逐漸提高,第二、三火及后續(xù)火次逐漸增大每錘的變形量;(6)將自由鍛后的棒材熱軋成細(xì)棒材,熱軋前預(yù)熱,預(yù)熱規(guī)范為:加熱溫度IlOO0C ±10°C,保溫 15 20min ;(7)將熱軋后的細(xì)棒材在拉絲設(shè)備上進(jìn)行拉拔,在拉絲過程中,對細(xì)棒材進(jìn)行中間退火處理,退火規(guī)范為:加熱溫度1100°c ±10°C,保溫15 20min,水冷,直至將其拉拔為φ 1.6焊絲;(8)焊絲酸洗,首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑,再用25% 30%HN03水溶液光亮處理。實施例:分別制備3個焊絲,焊絲組成分別采用表I中的組份。
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表I焊絲成分(wt.%)
權(quán)利要求
1.一種抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊的焊絲,其特征在于,焊絲成分的重量百分比為C0. 01-0. 08,Si ( O. 20,Mn ( O. 10,P 彡 O. 015,S 彡 O. 005,Cu ( O. 10,Cr2. 4-3. 2,Ν 24. 0-28. O, Fe24. 0-27. O, Nb2. 0-3. 0,Α15· 0-6. 0,Μο2· 5-4. 5,TiO. 1-0. 3,Β0. 006-0. 012,Υ0. 01-0. 05,余為Co ;焊絲的制備方法是 (O采用真空感應(yīng)爐冶煉焊絲合金,其工藝條件真空度O. I l.OPa,精煉溫度1560 1580°C,精煉時間20 25分鐘,停止加熱,凍結(jié)至熔液暗紅,加入Al、Ti及稀土 Y,再精煉5分鐘,最后澆注,澆注溫度1410 1420°C ; (2)采用真空自耗電弧爐重熔焊絲合金,其工藝條件真空度O.I l.OPa,電壓20 35V,電流密度150 200A/cm2,熔煉速度5. O 10. Ocm/min ; (3)將重熔后的焊絲合金鑄錠去縮孔、車表皮后,進(jìn)行均勻化處理,均勻化處理規(guī)范為11600C ±10°C X4hr,空冷; (4)將均勻化處理后的鑄錠鍛造成圓棒,鍛造規(guī)范為加熱溫度1141°C±10°C,保溫20 60min,保溫時間隨棒材橫截面的減小而縮短,鍛造時先鍛非帽口端,第一火每錘的變形量要小,試探著鍛,使其變形性能逐漸提高,第二、三火及后續(xù)火次逐漸增大每錘的變形量; (5)將自由鍛后的棒材熱軋成細(xì)棒材,熱軋前預(yù)熱,預(yù)熱規(guī)范為加熱溫度IlOO0C ±10°C,保溫 15 20min ; (6)將熱軋后的細(xì)棒材在拉絲設(shè)備上進(jìn)行拉拔,在拉絲過程中,對細(xì)棒材進(jìn)行中間退火處理,退火規(guī)范為加熱溫度1100°C ± 10°C,保溫15 20min,水冷,直至將其拉拔為目標(biāo)尺寸的焊絲; (7)焊絲酸洗,首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑,再用25% 30%HN03水溶液光亮處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊的焊絲,其特征在于焊絲成分的重量百分比為C0. 04-0. 08,Si ( O. 20,Mn ( O. 10,P 彡 O. 015,S 彡 O. 005,Cu ( O. 10,Cr2. 4-3. 2,Ν 24. 0-28. O, Fe24. 0-27. O, Nb2. 4-3. O, A15. 0-6. O, Μο2· 5-3. 5,TiO. 1-0. 3,BO. 006-0. 012,Υ0. 01-0. 05,余為 Co。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊的焊絲,其特征在于焊絲成分的重量百分比為C0. 01-0. 04,Si ( 0. 20,Mn ( 0. 10,P 彡 0. 015,S 彡 0. 005,Cu ( 0. 10,Cr2. 4-3. 2,Ν 24. 0-28. O, Fe24. 0-27. O, Nb2. 4-3. O, A15. 0-6. O, Μο3· 5-4. 5,TiO. 1-0. 3,BO. 006-0. 012,Υ0. 01-0. 05,余為 Co。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗氧化低膨脹高溫合金氣體保護(hù)焊的焊絲,其特征在于焊絲成分的重量百分比為C0. 03-0. 06,Si ( 0. 20,Mn ( 0. 10,P 彡 0. 015,S 彡 0. 005,Cu ( 0. 10,Cr2. 4-3. 2,Ν 24. 0-28. O, Fe24. 0-27. O, Nb2. 0-2. 5,A15. 0-6. O, Μο2· 5-3. ·2,TiO. 1-0. 3,BO. 006-0. 012,Υ0. 01-0. 05,余為 Co。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適合于抗氧化低膨脹高溫合金焊接用焊絲。該焊絲的化學(xué)組成成分的重量百分比為C 0.01-0.08,Si≤0.20,Mn≤0.10,P≤0.015,S≤0.005,Cu≤0.10,Cr 2.4-3.2,Ni 24.0-28.0,F(xiàn)e 24.0-27.0,Nb 2.0-3.0,Al 5.0-6.0,Mo 2.5-4.5,Ti 0.1-0.3,B 0.006-0.012,Y 0.01-0.05,余為Co。本發(fā)明焊絲用于焊接GH783低膨脹高溫合金提高焊縫熱裂紋抗力,改善接頭塑性,經(jīng)焊后熱處理獲得與母材相當(dāng)?shù)氖?、高溫拉伸和持久性能。適合于航空工業(yè)及其他工業(yè)領(lǐng)域抗氧化低膨脹高溫合金的氣體保護(hù)焊。
文檔編號B23K35/40GK103252593SQ20131014629
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者郭紹慶, 周標(biāo), 劉文慧, 陳云峰, 張學(xué)軍 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院