耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊用焊絲的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適合于耐高溫抗氧化低膨脹合金焊接用焊絲。該焊絲的化學(xué)組成成分的重量百分比為C0.01-0.10，Cr4.5-9.0，Co1.0-2.0，Mo24.5-27.0，F(xiàn)e1.0-6.0，Si≤0.60，Mn≤0.60，P≤0.025，S≤0.020，Cu0.10-0.50，V≤0.60，Al≤0.50，B0.002-0.006，余為Ni。本發(fā)明焊絲用于焊接Ni-Mo-Cr系抗氧化耐高溫低膨脹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)域抗氧化耐高溫低膨脹合金的氣體保護(hù)焊。
【專利說明】耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊用焊絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涉及一種用于N1-Mo-Cr系耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊的焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)采用低膨脹高溫合金構(gòu)件可實現(xiàn)主動間隙控制，減少燃?xì)鈸p失，降低油耗，提高推重比等性能。高性能發(fā)動機(jī)對低膨脹高溫合金提出了更高要求，不僅要在結(jié)構(gòu)上能實現(xiàn)間隙控制，降低燃?xì)鈸p耗和提高熱效率，同時要具有更好的耐溫和抗氧化能力，海洋和潮濕環(huán)境中工作的裝備還要求發(fā)動機(jī)材料具有良好的耐腐蝕能力。目前已有550~600°C用低膨脹高溫合金GH907、GH909和700°C以上用GH783。由于GH907、GH909不含鉻，GH783僅含3 %鉻，它們的抗氧化性和耐腐蝕性不能達(dá)到特殊環(huán)境服役裝備對發(fā)動機(jī)的要求。主成分為N1-25Mo-8Cr(wt.% )的Haynes242 (國內(nèi)牌號GH242)合金在無涂層防護(hù)的情況下，其抗氧化能力足以使其在高達(dá)815°C的溫度下工作，其耐熱溫度和耐蝕性明顯優(yōu)于其他低膨脹高溫合金，是極具競爭力的發(fā)動機(jī)間隙控制材料。N1-Mo-Cr系低膨脹合金在發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪部分的應(yīng)用往往涉及自身及與其他高溫合金的焊接，這通常需要 采用與母材合金熱膨脹系數(shù)、抗氧化能力和耐蝕性相匹配、同時具備良好工藝焊接性的焊接材料，以確保該類低膨脹合金構(gòu)件的高可靠性焊接。
[0003]N1-Mo-Cr系抗氧化低膨脹合金為沉淀強(qiáng)化型高溫合金，Haynes242合金焊接凝固終了形成兩種共晶組分(M6C/Y和未知相/Y)，其焊接熱裂紋抗力優(yōu)于718合金，但低于同屬N1-Mo-Cr系的其他合金，加之S1、S、P等元素偏析，會增加晶界低熔點化合物或低熔點共晶的形成，改變液膜的潤濕性并擴(kuò)大液相凝固區(qū)間，因而導(dǎo)致合金的裂紋敏感性提高。另外，由于該類合金的熔池粘滯，焊接時容易出現(xiàn)未熔合和未焊透缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種用于N1-Mo-Cr系耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊的既可保持焊縫室溫、高溫力學(xué)性能又能改善工藝焊接性的的焊絲。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，焊絲成分的重量百分比為:C0.01-0.10，Cr4.5-9.0, Col.0-2.0, Μο24.5-27.0，F(xiàn)el.0-6.0, Si ( 0.60, Mn ( 0.60, P≤ 0.025, S ≤ 0.020, Cu0.10-0.50, V≤ 0.60，Al ( 0.50，B0.002-0.006，余為Ni ;焊絲的制備方法是:
[0005](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A1、V，再精煉5分鐘，最后澆注，澆注溫度1420~1430°C ；
[0006](2)采用真空自耗電弧爐重熔焊絲合金，其工藝條件:真空度0.1~1.0Pa，電壓20~35V,電流密度150~200A/cm2，熔煉速度5.0~10.0cm/min ；
[0007](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:1060 0C Xlhr— 1120°C X 1.5hr — 1180°C X2hr，空冷；[0008](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1170°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;
[0009](5)將自由鍛后的棒材冷軋成細(xì)棒材，冷軋前固溶熱處理，固溶規(guī)范為:加熱溫度10650C ± 10°C，保溫 20 ~30min，水冷；
[0010](6)將冷軋后的細(xì)棒材在拉絲設(shè)備上進(jìn)行冷拉拔，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1065°C ±10°C，保溫15~20min，水冷，直至將其拉拔為目標(biāo)尺寸的焊絲；
[0011](7)焊絲酸洗，首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑，再用25%~30% HNO3水溶液光亮處理。
[0012]所述焊絲成分的重量百分比為:C0.01-0.03，Cr6.5-8.5，Col.0-2.0，Mo25.0-27.0, Fel.0-2.0, Si ( 0.60, Mn ( 0.60, P ^ 0.025, S ^ 0.020, Cu0.20-0.50，
V^ 0.10，Al ( 0.50，B0.004-0.006，余為 Ni。
[0013]所述焊絲成分的重量百分比為:C0.03-0.06，Cr7.5-9.0, Col.0-2.0，Mo24.5-26.5，F(xiàn)el.0-3.0，Si ( 0.60，Mn ( 0.60，P ≤ 0.025，S ≤ 0.020，Cu0.20-0.50，
V≤ 0.10，Al ( 0.50，B0.004-0.006，余為 Ni。
[0014]所述焊絲成分的重量百分比為:C0.06-0.10，Cr4.5-6.5，Col.0-2.0，Mo24.5-26.5，F(xiàn)e4.0-6.0，Si ( 0.30，Mn ( 0.30，P ≤ 0.025，S ≤ 0.020，Cu0.10-0.30，
V^ 0.60，Al ( 0.20，B0.002-0.006，余為 Ni。
[0015]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N1-Mo-Cr系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(qiáng)度及持久性能得到保持，接頭強(qiáng)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GH242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】:
[0016]選取焊絲合金成分(wt%):C0.01-0.10，Cr4.5-9.0, Col.0-2.0，Μο24.5-27.0，F(xiàn)el.0-6.0, Si ( 0.60, Mn ( 0.60, P ≤ 0.025, S ≤ 0.020, Cu0.10-0.50, V ≤ 0.60，Al ( 0.50，B0.002-0.006，余為 Ni。
[0017]焊絲的制備方法是:
[0018](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A1、V，再精煉5分鐘，最后澆注，澆注溫度1420~1430°C ；
[0019](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 ；
[0020](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:1060 0C Xlhr— 1120°C X 1.5hr — 1180°C X2hr，空冷；
[0021](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1170°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;
[0022](5)將自由鍛后的棒材冷軋成細(xì)棒材，冷軋前固溶熱處理，固溶規(guī)范為:加熱溫度10650C ± 10°C，保溫 20 ?30min，水冷；
[0023](6)將冷軋后的細(xì)棒材在拉絲設(shè)備上進(jìn)行冷拉拔，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1065°C ±10°C，保溫15?20min，水冷，直至將其拉拔為目標(biāo)尺寸的焊絲；
[0024](7)焊絲酸洗，首先采用HC1+HN03+H2S04水溶液定徑，再用25 %?30 % HNO3水溶液光亮處理。
[0025]上述本發(fā)明的技術(shù)原理為:
[0026]N1-Mo-Cr系低膨脹高溫合金的強(qiáng)度與熱膨脹特性取決于Ni2 (Mo, Cr)長程有序顯微磁疇的數(shù)量和形態(tài)。Ni2 (Mo，Cr)長程有序顯微磁疇的形成具有強(qiáng)化合金基體和降低熱膨脹系數(shù)的作用。合金的高溫屈服強(qiáng)度隨Ni2 (Mo，Cr)有序磁疇尺寸的增大而提高，而Mo含量對Ni2 (Mo，Cr)有序磁疇的形成和合金強(qiáng)度影響顯著。焊接時Mo、B、P、C向晶界和樹枝晶界偏析，使晶粒內(nèi)部和樹枝晶干的Mo含量降低，導(dǎo)致在之后的時效強(qiáng)化過程中該局部Ni2(Mo1Cr)長程有序顯微磁疇形成不足，從而對焊縫的強(qiáng)度性能造成不利的影響。該類合金焊接凝固終了形成兩種共晶組分(M6C/y和未知相/Y)，加之S1、S、P等元素偏析，會增加晶界低熔點化合物或低熔點共晶的形成，改變液膜的潤濕性并擴(kuò)大液相凝固區(qū)間，因而導(dǎo)致合金的裂紋敏感性提高。焊縫成分對低熔共晶的種類、構(gòu)成和數(shù)量具有影響。另外，由于該類合金的熔池粘滯，焊接時容易出現(xiàn)未熔合和未焊透缺陷。
[0027]本發(fā)明通過提高焊絲中的Mo元素含量，彌補(bǔ)焊縫因元素偏析造成的局部Mo含量減小所帶來的強(qiáng)度降低，保證Ni2 (Mo，Cr)有序磁疇的足量形成，在改善焊接接頭力學(xué)性能的同時避免熱膨脹系數(shù)的增加。通過降低Cr元素含量，避免有害相Ni4Mo、Ni3Mo的形成，保證焊接接頭的塑性。通過增加C元素含量促進(jìn)較高熔點M6C/Y共晶的形成，抑制低熔點的未知相/Y共晶的形成，提高焊縫金屬對結(jié)晶裂紋的抗力。利用B元素對晶界的凈化作用，提高焊縫熱裂紋抗力。通過降低Cr含量，增加Fe含量和C含量，提高熔池的流動性，提高改善焊絲的焊接工藝性能。適當(dāng)添加Cu,提高耐海洋性氣候腐蝕能力。
[0028]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。
[0029]實施例:
[0030]分別制備3個焊絲，焊絲組成分別采用表I中的組份。
[0031]表I焊絲成分(wt.% )
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊的焊絲，其特征在于，焊絲成分的重量百分比為:C0.01-0.10，Cr4.5-9.0, Col.0-2.0, Μο24.5-27.0, Fel.0-6.0, Si ≤ 0.60，Mn ≤0.60，P ≤ 0.025，S ≤ 0.020，Cu0.10-0.50，V ^ 0.60，Al ≤ 0.50，B0.002-0.006，余為Ni ;焊絲的制備方法是: (1)采用真空感應(yīng)爐冶煉焊絲合金，其工藝條件:真空度0.1~l.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A1、V，再精煉5分鐘，最后澆注，澆注溫度1420~1430°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0.1~1.0Pa,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:1060 0C Xlhr—1120°C X 1.5hr — 1180°C X2hr，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1170°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)將自由鍛后的棒材冷軋成細(xì)棒材，冷軋前固溶熱處理，固溶規(guī)范為:加熱溫度10650C ± 10°C，保溫 20 ~30min，水冷； (6)將冷軋后的細(xì)棒材在拉絲設(shè)備上進(jìn)行冷拉拔，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1065°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HCl+HN03+H2S0yjC^液定徑，再用25V0~30% HNO3水溶液光亮處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊的焊絲，其特征在于:焊絲成分的重量百分比為:C0.01-0.03，Cr6.5-8.5，Col.0-2.0, Μο25.0-27.0, Fel.0-2.0,Si ≤ 0.60, Mn ≤ 0.60, P ≤ 0.025, S ≤ 0.020, Cu0.20-0.50, V ≤ 0.10, Al ≤ 0.50，B0.004-0.006，余為 Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(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，Cr7.5-9.0, Col.0-2.0, Μο24.5-26.5，F(xiàn)el.0-3.0,Si ≤0.60, Mn ≤ 0.60, P≤ 0.025, S ≤ 0.020, Cu0.20-0.50, V ≤0.10, Al ≤0.50，B0.004-0.006，余為 Ni。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫抗氧化低膨脹合金氣體保護(hù)焊的焊絲，其特征在于:焊絲成分的重量百分比為:C0.06-0.10，Cr4.5-6.5，Col.0-2.0, Μο24.5-26.5，F(xiàn)e4.0-6.0,Si ≤0.30，Mn ≤ 0.30，P ≤ 0.025，S ≤ 0.020，Cu0.10-0.30，V ≤ 0.60，Al ≤0.20，B0.002-0.006，余為 Ni。
【文檔編號】B23K35/40GK103949797SQ201410201125
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】郭紹慶, 孫兵兵, 熊華平, 唐思熠, 李能, 張學(xué)軍, 杜博睿 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院