[发明专利]一种镍基合金中间层及其TLP焊高温合金新工艺

说明书

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种用于TLP焊的镍基合金中间层，本发明还涉及一种使用该镍基合金中间层在TLP焊-固溶热处理中的应用方法。

背景技术

镍基高温合金具有良好的热稳定性、热强性和高温组织稳定性能，已成为航空、航天发动机涡轮叶片的关键材料。高性能航空发动机叶片多用镍基高温合金制备，且常设计成中空结构，以适应承受高温交变载荷及散热需要。这种复杂中空结构的制造不可避免地涉及到焊接问题，而且需进行焊后热处理，生产周期长，耗能量大。

镍基高温合金的化学成分非常复杂，镍含量通常大于50％，其中加入了多种可形成耐热强化相元素及相稳定元素。铬作为相稳定性元素，在合金表面形成致密氧化膜，可提高合金的抗氧化能力。通过添加铝、钛、钴、钨、钼、钽、铌、铪等合金元素，产生固溶强化、第二相强化及晶界强化来实现合金的高温强度。因此，高温合金熔化焊易产生焊缝热裂纹，钎焊接头强度低下且耐高温性能较差。TLP焊全称为过渡液相扩散焊，TLP焊兼具钎焊工艺的便捷性与熔焊冶金结合的高性能特点，是实现镍基高温合金焊接的有效方法。中间层合金成分对TLP焊接头组织及性能影响较大，除此之外，焊接方法及后续的热处理工艺对接头性能也有重要的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于TLP焊的镍基合金中间层，解决了现有技术中存在的焊接头组织及性能不能满足技术要求的问题。

本发明的另一目的是提供一种使用该镍基合金中间层在TLP焊-固溶热处理中的应用方法，即使用该中间层合金在TLP焊镍基高温合金、兼顾焊后固溶热处理中的应用。

本发明所采用的技术方案是，一种用于TLP焊的镍基合金中间层，按原子百分比，由以下组分组成：B为3.2％-3.5％、Si为2.4％-3％、Nd为0.2％-0.4％、Co为3％-4％、Cr为1％-2％、W为2.5％-3％、Ti为1.2％-2％、Al为1.5％-2.5％、Mo为2％-3％、余量为Ni，总的百分比为100％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种使用上述的镍基合金中间层在TLP焊-固溶热处理中的应用方法，先将该中间层合金应用单辊快急冷技术制作为中间层合金箔材，再将中间层合金箔材置于两个待焊的镍基高温合金试样之间，然后按照TLP焊方法对装配好了的接头进行加热、保温和缓冷，从而实现镍基高温合金之间的焊接。

本发明的有益效果是，该用于TLP焊的镍基合金中间层，具有优良的强度、韧性及耐腐蚀性，而且固相线与液相线温差较小，与母材性能匹配性良好，易于获得优异高温性能的焊接接头；柔合金韧性能好，便于加工和装配。该中间层制备方法简单，容易操作，制作成本低。

该TLP焊-热处理一体化方法，大大缩减热处理时间，节能减排，制造成本大幅度降低。

附图说明

图1是本发明方法实施例的高温合金TLP焊-固溶热处理的规程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的镍基合金中间层，用于在TLP方法中焊接镍基高温合金，按原子百分比由以下组分组成：B为3.2％-3.5％、Si为2.4％-3％、Nd为0.2％-0.4％、Co为3％-4％、Cr为1％-2％、W为2.5％-3％、Ti为1.2％-2％、Al为1.5％-2.5％、Mo为2％-3％、余量为Ni，总的百分比为100％。

本发明的镍基合金中间层成分中，各组分及含量限定理由是：

欲获得组织及性能与母材金属相匹配的焊接接头，中间层合金所含的元素种类应与母材成分相似或相近。TLP焊高温合金用中间层中含有W、Cr、Co、Mo、Nd、Ti和Al等元素。除此之外，焊接过程的进行必须以元素的扩散为前提，中间层中的降熔元素须兼备扩散速度快的特性。B、Si、Nd等作为组分中主要的降熔元素，其中，B的效果最好，Si和Nd元素的原子尺寸较大，扩散较慢，效果次之。合金元素含量的确定，除了满足焊缝与母材的性能匹配要求之外，还应考虑合金元素与降熔、扩散元素之间的相互作用。

上述本发明中间层合金的制备方法是，利用真空电弧炉依次熔配中间合金和母合金，再将经过高频感应熔炼的母合金在单辊急冷快速凝固装置上制备成厚度为30-80μm，宽为5-8mm，长为1-2m的中间层合金箔材。

采用本发明的中间层合金箔材，通过TLP方法焊接镍基高温合金试样，按照以下方法和步骤在TLP焊-固溶热处理中的实施(TLP焊接并实现均匀化热处理)：