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DD6单晶tlp焊保温时间及硼元素扩散距离的理论预测

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热加工工艺 2014年第19期43卷 190-193,197页

作者：刘安娜翟秋亚徐锦锋康文军解文军张军西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048 西安优耐特容器制造有限公司陕西西安710201 西安航空动力股份有限公司陕西西安721006 西北工业大学陕西西安7100721

采用急冷Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B中间层合金箔,对DD6镍基单晶高温合金进行了瞬时过渡液相扩散连接,连接温度为1200℃。理论分析了tlp焊等温凝固时间、固相成分均匀化时间及降熔元素硼向母材的扩散深度,其值分别为6.4 h、9.6 h和170μm。... 详细信息

采用急冷Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B中间层合金箔,对DD6镍基单晶高温合金进行了瞬时过渡液相扩散连接,连接温度为1200℃。理论分析了tlp焊等温凝固时间、固相成分均匀化时间及降熔元素硼向母材的扩散深度,其值分别为6.4 h、9.6 h和170μm。试验结果表明,在1200℃×12 h进行tlp焊连接,可以获得无共晶相产生的组织均匀的等温凝固焊缝;通过对接头进行后续的标准化热处理,焊缝中γ′相完全立方化,界面两侧γ′相晶粒尺寸相同,分布均匀,排列齐整,镶嵌于连续均匀的母材之中,γ′相的结晶取向与母材相一致,实现了DD6单晶扩散连接界面组织的单晶化。理论预测结果与试验结果相吻合。

关键词：中间层合金 tlp焊保温时间扩散深度

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IC10镍基单晶高温合金的tlp焊研究

IC10镍基单晶高温合金的TLP焊研究

作者：陈亮西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,镍基单晶高温合金以其耐高温特有的优点,已成为航空发动机涡轮叶片的首选材料。随着航天事业的发展,涡轮叶片的结构也随之改变,由以前的实心叶片发展到现在具有复杂内腔、气膜冷却等特点的空心叶片,但这种复杂结构单靠铸造难以完... 详细信息

近年来,镍基单晶高温合金以其耐高温特有的优点,已成为航空发动机涡轮叶片的首选材料。随着航天事业的发展,涡轮叶片的结构也随之改变,由以前的实心叶片发展到现在具有复杂内腔、气膜冷却等特点的空心叶片,但这种复杂结构单靠铸造难以完成,须涉及单晶高温合金的焊接,因此,对单晶高温焊接研究是具有工程意义的。本课题针对镍基单晶高温合金熔焊过程中焊缝易形成金属间化合物和热影响区母材易发生再结晶等问题,以新一代IC10单晶合金为对象,采用自制镍基中间层合金,在真空炉中使用中间层合金对IC10镍基单晶高温合金进行了 tlp焊连接实验。分析接头微观组织与力学性能,理论计算了 tlp焊等温凝固时间和固相成分均匀化时间,分析了合金元素在接头的扩散行为和降熔元素在母材中扩散深度及其与接头组织之间的相关规律。研究结果表明:用急冷凝固装置制备的中间层合金箔,其宽度约为3～5mm,厚度约为40～60μm;中间层合金的微观组织主要由Ni固溶体及Ni3B、Ni2Si金属间化合物组成,固溶体以细小的等轴晶为特征、金属间化合物分布其间。分布均匀、成形性较好。中间层合金的熔化区间小,其熔化温度区间分别为 980～995℃(Ni-1.5Cr-3.0Co-0.5W-3.2B-4.5Si)、975～985℃(Ni-1.5Cr-3.0Co-0.5W-3.2B-7.5Si)、1135～1170℃(Ni-1.5Cr-3.0Co-0.5W-3.2B),熔化温度低,焊接过程可以防止母材发生再结晶,适用于镍基单晶高温合金的tlp焊连接。采用自制的中间层合金在不同保温时间下对IC10合金进行tlp焊,所得到的接头组织致密,焊接无缺陷,中间层合金趋于消失,与母材过渡良好。接头由狭窄的等温凝固区、扩散区、基体区所组成,等温凝固区和扩散区均由细小的γ相和γ'相组织构成,在基体区还出现了块状和针状硼化物,焊缝区未发现共晶组织。保温时间会影响接头组织:当保温时间较短时,焊缝会出现共晶组织,基体区有硼化物出现;当保温时间充足,焊缝处的共晶组织消失,基体区的硼化物减少甚至消失。当中间层添加量较少时,焊缝不饱满,局部出现缝隙。当中间层较厚时,焊缝处出现共晶组织。焊接接头的显微硬度呈“马鞍型”的分布,焊缝区的显微硬度高于基体区,采用Ni-1.5Cr-3.0Co-0.5W-3.2B-1.0Si中间层的tlp接头的显微硬度明显高于采用Ni-1.5Cr-3.0Co-0.5W-3.2B中间层的tlp接头。应用单相、双向扩散理论模型解析对tlp焊等温凝固进行了解析,当焊接温度为1200℃时,所需等温凝固时间分别是6.52h,6.43h,采用成分均匀化过程的元素成分变化模型计算相同焊接工艺条件下固相成分均匀化时间为4.15h,理论计算结果与实验结果基本一致。在1200℃下,理论计算所获得的降熔元素B、Si在母材中的扩散深度分别为120μm和50μm,延长保温时间,扩散深度未发生变化。另外,焊接接头的面扫描和线扫描分析显示,Ni元素在焊缝处的含量略高于母材,其它合金元素(如Mo,Ta,Al等)在接头中的分布比较均匀。

关键词： IC10 中间层合金 tlp焊接头组织与性能单晶高温合金

不同中间层材料tlp焊FGH97合金及接头凝固行为分析

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不同中间层材料TLP焊FGH97合金及接头凝固行为分析

作者：潘林南昌航空大学

学位级别：硕士

tlp焊是一种采用与钎焊类似的操作方法获得类似扩散焊接头组织的先进连接方法，它综合了钎焊和固相扩散焊优点，在沉淀强化型的镍基高温合金的焊接上拥有很大的优势。本文采用六种中间层材料对FGH97合金进行了tlp焊，研究了中间层材料... 详细信息

tlp焊是一种采用与钎焊类似的操作方法获得类似扩散焊接头组织的先进连接方法，它综合了钎焊和固相扩散焊优点，在沉淀强化型的镍基高温合金的焊接上拥有很大的优势。本文采用六种中间层材料对FGH97合金进行了tlp焊，研究了中间层材料和工艺参数对接头组织和性能的影响。通过研究BNi68CrWB、BNi82CrSiB中间层tlp焊接的接头组织随保温时间的变化，分析了FGH97合金tlp焊接头的凝固行为。研究结果表明：中间层材料的成分对接头组织有影响;因为Cr、Mo、W为强硼化物形成元素，而Co为非强硼化物形成元素，焊缝中会因过量的Cr、W等元素的存在而形成稳定的硼化物，硼化物的形成使Si元素的偏聚愈加严重;同时抑制了硼在后续保温过程中的扩散，不利于获得单一的镍基固溶体组织。 FGH97合金tlp焊焊缝的形成过程是随着保温时间的延长，连续分布于焊缝中央的液态金属逐渐发生等温凝固，形成致密γ固溶体tlp连接接头的过程。等温凝固受降熔元素的扩散和凝固过程中的溶质再分配影响。延长保温时间有利于降熔元素的充分扩散;合金元素的含量较高时，溶质元素的再分配会造成结晶前沿的液相发生元素的富集，从而阻止等温凝固的完成。在BNi68CrWB、BNi82CrSiB、BNi92SiB、A001、A002、A003六种中间层材料中，当连接温度为1150℃时，中间层材料等温凝固的实现由易到难依次为：BNi92SiB、A003、A002、BNi82CrSiB、A001、BNi68CrWB。采用BNi82CrSiB、BNi92SiB、A002和A003作为中间层合金时，在1150℃/6h的工艺参数下均可实现FGH97合金的tlp焊。焊缝中γ′相的尺寸受Al、Ti的扩散充分程度影响。延长保温时间利于接头元素的均匀化，Al、Ti扩散到焊缝的数量逐渐增多，γ′相的尺寸越大。降熔元素在母材中的扩散路径有两种：晶内扩散和晶界扩散。降熔元素在晶界的扩散距离大于晶内的扩散距离;随保温时间的延长，焊缝两侧扩散区的宽度逐渐增大，且有针状、颗粒状和蠕虫状的MB型硼化物析出，且越远离焊缝，析出相的数量越少。在1150℃/6h的焊接热循环作用下，母材中二次γ′相的数量增加并伴有长大的趋势，一次γ′相有球化的趋势，但对母材显微硬度的影响不大，该工艺参数适合于热等静压态的FGH97合金的tlp焊。

关键词：不同中间层材料 tlp焊 FGH97合金凝固行为

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DD6高温合金tlp焊接接头组织形成规律

热加工工艺 2014年第17期43卷 29-33页

作者：刘安娜翟秋亚康文军徐锦锋张军阮成勇王炜西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048 西安航空动力股份有限公司陕西西安721006

采用镍基中间层合金,在真空钼丝炉中对第二代镍基单晶高温合金DD6进行了瞬时液相扩散焊（tlp焊）连接,焊接温度为1200℃、保温时间为12h。用标准热处理制度对其接头进行热处理,分析了热处理工艺对接头组织的影响规律。结果表明,设计的... 详细信息

采用镍基中间层合金,在真空钼丝炉中对第二代镍基单晶高温合金DD6进行了瞬时液相扩散焊（tlp焊）连接,焊接温度为1200℃、保温时间为12h。用标准热处理制度对其接头进行热处理,分析了热处理工艺对接头组织的影响规律。结果表明,设计的中间层合金熔点在1084-1095℃范围,组织细小均匀,满足DD6单晶的扩散连接需要;tlp焊焊缝组织由γ相和γ′相组成,无片状共晶组织形成;焊缝金属与母材结合良好,经标准热处理后γ′相发生明显的晶粒长大和立方化,并以典型的立方形形貌均匀弥散地分布于基体之中,形成了微观结构理想的扩散连接接头。

关键词： DD6单晶中间层合金 tlp焊微观组织

镍基单晶合金过渡液相扩散焊及第一性原理研究

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镍基单晶合金过渡液相扩散焊及第一性原理研究

作者：张红魁上海工程技术大学

学位级别：硕士

第二代镍基单晶合金CMSX-4,具有较高的综合力学性能及组织稳定性是制造航空涡轮发动机叶片的首选材料。过渡液相扩散焊(tlp焊)融合了固态扩散焊和高温钎焊的优点,是实现镍基单晶合金的有效连接技术。本文采用实验及第一性原理技术方法... 详细信息

第二代镍基单晶合金CMSX-4,具有较高的综合力学性能及组织稳定性是制造航空涡轮发动机叶片的首选材料。过渡液相扩散焊(tlp焊)融合了固态扩散焊和高温钎焊的优点,是实现镍基单晶合金的有效连接技术。本文采用实验及第一性原理技术方法相结合,研究了不同工艺条件下单晶钎焊接头微观组织演变行为,采用理论计算方法探索了中间层硼化物脆性相的形成难易程度,揭示了硼化物机械性能及电子结构关系;另外,探讨了难熔元素(Mo,W,Ta,Re)在单晶结构中γ-Ni及γ′-NiAl占位倾向,揭示了难熔元素(Mo,W,Ta,Re)对降熔B元素扩散行为的作用机制。研究结果如下:(1)研究了不同工艺条件对单晶钎焊接头微观组织演变行为的影响,结果表明:在钎焊温度1180℃,钎焊时间从30-120min,单晶钎焊接头的非等温凝固区、等温凝固区和扩散影响区转变为非等温凝固区消失,等温凝固区宽度增加,扩散影响区宽度增加,硼化物形态依次表现为颗粒状、团聚状和针状。(2)采用第一性原理计算了接头中Mn Bm(M=Ni,Cr,Mo,W,n=23,5,3,1,M=6,3,2,1)二元硼化物的结构稳定性、机械性能和电子结构。计算结果表明:二元硼化物的热力学稳定性与硼含量x之间存在线性关系:Nin Bm为ΔH=-22.21x-19.80,Crn Bm为ΔH=-151.35x+12.67,Mon Bm为ΔH=-138.60x+10.34,Wn Bm为ΔH=-100.02x+6.11。力学性能结果表明:Mn Bm(M=Cr,Mo,W)随B含量的增加由塑性逐渐变为脆性,而Nin Bm始终表现为塑性;MB和MB结构具有明显的各向异性,MB和MB结构具有一定的各向异性,MB结构表现出较强的各向同性特征;Crn Bm的硬度最大,Mon Bm和Wn Bm的硬度值相近,其次,Nin Bm的硬度值最低。电子结构分析发现,强M-B键和费米能两侧峰间的赝隙对硼化物的硬度和相稳定性有重要影响。(3)采用第一性原理方法研究了难熔元素(Mo,W,Ta,Re)及降熔B元素在γ-Ni固溶体、γ′-NiAl强化相中的合金占位,及难熔元素对降熔B元素扩散影响的作用机制。结果表明:降熔B元素倾向于在γ-Ni固溶体及γ′-NiAl强化相的八面体间隙位置,在γ′-NiAl强化相中,难熔元素M(Mo,Ta,W,Re)倾向占位于以Ni为中心的γ′-NiAl超晶胞中。扩散能垒计算表明:在γ-Ni或γ′-NiAl占位的难熔元素M(Mo,Ta,W,Re)对降熔B元素的能垒分别为:3.173和3.347,4.007和4.133,3.462和3.701,3.211和2.30641e V,其阻碍顺序为:Ta>W>Mo>Re。电子结构分析表明:难熔元素半径差异,M和B原子2p3d杂化程度是导致降熔B元素扩散能垒差异的主要原因。

关键词： tlp焊 CMSX-4镍基单晶高温合金第一性原理脆性相硼扩散行为

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FGH97合金过渡液相焊工艺研究

南昌航空大学学报（自然科学版） 2012年第2期26卷 70-74页

作者：潘林邢丽杨成刚刘奋成南昌航空大学江西南昌330063

以BNi92SiB合金作为中间层材料对FGH97合金进行了过渡液相焊,研究了焊接温度为1150℃不同保温时间条件下接头的组织变化和性能。结果表明:当保温时间为3h时,焊缝已经完成等温凝固;保温时间为6h时,焊缝组织和扩散区的硬度已与母材相近,... 详细信息

以BNi92SiB合金作为中间层材料对FGH97合金进行了过渡液相焊,研究了焊接温度为1150℃不同保温时间条件下接头的组织变化和性能。结果表明:当保温时间为3h时,焊缝已经完成等温凝固;保温时间为6h时,焊缝组织和扩散区的硬度已与母材相近,焊缝与其他各区的平均显微硬度差异减小,波动范围在60HV以内。经1150℃/6h的热循环后,FGH97合金中小尺寸的二次γ'相数量增加并伴有长大的倾向,部分大尺寸的一次γ'相发生球化,但对母材的硬度影响不大。

关键词： tlp焊 FGH97合金焊接工艺