稀有金属 2004,(01),131-134 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2004.01.033
BNi73CrSiB-40Ni钎料的钎焊工艺性能及接头组织研究
潘晖 梁海 郭万林 李天文
北京航空材料研究院,北京航空材料研究院,北京航空材料研究院,北京航空材料研究院,北京航空材料研究院 北京100095 ,北京100095 ,北京100095 ,北京100095 ,北京100095
摘 要：
为了解BNi73CrSiB 40Ni钎料的钎焊工艺性能 , 对该钎料进行了表面质量分析、化学成分分析及DTA测试 , 以GH3 0 44 , ЭП70 8高温合金为母材 , 研究了钎料的铺展面积、填充间隙能力、漫流长度等钎焊工艺性能。结果表明 :该钎料具有良好的流动性能、良好的填充间隙性能 , 适宜大间隙和不等间隙接头的钎焊。该钎料的钎焊接头中有大量的固溶体组织 , 不同于常用钎料BNi82CrSiB的钎焊接头的组织
关键词：
钎焊 ;工艺性能 ;镍基钎料 ;
中图分类号： TG407
收稿日期： 2003-08-28
Brazing Property and Joint Structure of BNi73CrSiB-40Ni Filler Metal
Abstract：
Examination of surface quality and chemical composition as well as melting temperature were carried out to investigate the brazing property of BNi73CrSiB 40Ni filler metal. In addition, its spreading area, seam filling performances and flowing length on base metal GH3044, ЭП708 super alloys were tested. The result shows that the BNi73CrSiB 40Ni filler metal has favorable fluidity and seam filling performances, and it is suitable for wide gap brazing and wedge gap brazing. Also, there are many solid solutions found in the brazing joint structure which are different from that of Ni82CrSiB filler metal in common use.
Keyword：
brazing; brazing property;nickel based filler methal;
Received： 2003-08-28
常用的高温镍基钎料粉末, 是由多种元素熔炼成合金后, 雾化制成的合金粉
[1 ,2 ,3 ]
。 本文介绍的是一种新型钎料, 为两种合金粉混合物, 一种为低熔点的Ni-Cr-Si-B合金粉末, 另一种是含少量Si, B的Ni基高熔点填料, 使用时在低熔点粉末中加入40%高熔点填料, 机械混合均匀后成为一种混合粉作为钎料使用。 在大间隙钎焊时, 有时加入20%～45% Ni粉作填料, 以形成骨架, 防止钎料流失。 这种新型的混合钎料的钎缝组织与常用的单一合金钎缝组织不同。 该钎缝中有大量的固溶体组织, 有利于提高接头的力学性能。
本文以GH3044和ЭП708为母材, 对Ni73CrSiB-40Ni钎料的工艺性能进行了试验研究, 并与常规HBNi82CrSiB钎料进行了对比分析。
1 试验方法
1.1 试验用材料
试验用母材为GH3044板材 (厚度1.5 mm) 和ЭП708板材 (厚度1.2 mm) 。 钎料为B-Ni73CrSiB-40Ni, 粉末 (颗粒度为-150目～+300目) 和HBNi82CrSiB (颗粒度为-200目) 。 试验用材料牌号及化学成分见表1。
1.2 设备
工艺性能试样钎焊采用ЦЭП-301型真空钎焊炉、 ZKH-1型真空扩散焊炉, 最高温度1250 ℃, 极限真空度2×10-3 Pa, 炉温均匀性±5 ℃。 采用400J储能点焊机, 进行试样定位。 超声波清洗机用于清洗试样, 金相分析采用МИМ-8金相显微镜。
1.3 研究过程及方法
首先对B-Ni73CrSiB-40Ni钎料进行了表面质量、 化学成分、 DTA测试。 在不同真空钎焊工艺规范下 ( (1) 1080 ℃/15 min; (2) 1100 ℃/15 min; (3) 1120 ℃/15 min; (4) 1140 ℃/15 min) , 以GH3044, ЭП708为母材, 进行了流布面积、 填充间隙、 漫流长度钎焊工艺性能的试验。 铺展面积试样尺寸为40 mm×40 mm, 钎料用量0.5 g。 填充间隙、 漫流长度试样为长100 mm、 宽25 mm, 填充间隙钎料用量1.0 g。 填充间隙试验采用变间隙试验方法, 最大间隙1 mm。 漫流长度钎料用量0.5 g。 对Ni73CrSiB, Ni73CrSiB-40Ni钎料的钎焊接头组织进行了观察分析, 并与常用的BNi82CrSiB钎料的接头组织进行了对比分析研究。
表1 试验用材料牌号及化学成分 (%)
Table 1 Chemical composition and designation of sample alloys (%)
Ni
Cr
Co
W
Mo
Al
Ti
Nb
Fe
C
B
Si
余
18.72
0.01
5.87
4.48
1.97
1.19
-
0.22
0.05
0.0065
0.09
余
24.4
14.9
0.6
0.36
0.5
-
0.4
0.05
-
0.34
余
9.52
0.013
-
-
0.52
-
0.014
2.16
0.33
2.12
3.27
余
7.15
-
-
-
0.003
0.005
-
2.84
0.019
3.14
4.54
2 结果及讨论
2.1 钎料的物理性能测试
采用RCR-2型差热仪测试了钎料的熔化温度, 混合钎料的熔化温度范围为969～1022.8 ℃, 国外同类钎料的熔化温围为970.5～1040.7 ℃, Ni73CrSiB合金的熔化温度967.1～1054.9 ℃, 40Ni合金填料的熔化温度范围为1075.4～1084.5 ℃, 由图1图可看出, B-Ni73CrSiB-40Ni混合粉末钎料的固相线T s 为969 ℃, 液相线T L 为1022.8 ℃。 1098.8 ℃还有一小的放热峰, 分析认为加热到液相线1022.8 ℃时, 混合钎料中仍有极少量的40Ni质点未完全熔化, 加热至1098.8 ℃时, 则这些质点完全熔化。
2.2 钎料的钎焊工艺性能
采用4种钎焊工艺 (1080, 1100, 1120, 1140 ℃, 15 min) 进行了钎料在ЭП708, GH3044母材上的填充间隙、 漫流长度、 铺展面积试验, 试验结果见表3。 表中试验数据是3个试样的平均值。
图1 B-Ni73CrSiB-40Ni 钎料DTA图
Fig.1 DTA Curve of B-Ni73CrSiB filler metal
表2 钎料固、 液相线
Table 2 Liquid and solid temprature of the filler metal
固相线t S /℃
液相线t L /℃
967.1
1054.9
1075.4
1084.5
969
1022.8
970.5
1027.7
由表3试验结果可看出, 钎料在ЭП708母材上流布面积随着钎焊温度的提高而增加, 在1080 ℃钎焊, 保温15 min流布面积为220 mm2 , 1140 ℃钎焊, 保温15 min流布面积为418 mm2 , 增加幅度较大。 填充间隙能力随温度的提高而增加, 1080 ℃钎焊, 保温15 min填充间隙为0.67 mm, 1140 ℃钎焊, 保温15 min填充间隙达到0.81 mm。 该钎料在ЭП708母材上的工艺性能对钎焊温度变化比较敏感, 在钎焊零部件时可根据零件要求, 选择适当的钎焊温度, 以获得良好的钎焊接头。
从表3中可看出, GH3044母材上试验结果, 钎焊温度改变, 钎料在GH3044母材上的流布面积变化不大, 基本在同一水平。 由表3中填充间隙能力结果可看出, 在1100 ℃, 15 min条件下比在1080 ℃, 15 min条件下增加较大, 但在1120 ℃钎焊, 保温15 min填充间隙性能几乎未增加。 此外钎料在GH3044母材上比在ЭП708母材上填充性能要好。
从钎料铺展面积的外观中可看出, 钎料熔化后在边界形成钎料环, 但中间的钎料并未全流布, 形成小山尖, 即加热到钎焊温度时低熔点钎料熔化, 高熔点填料不熔化。 因此两种合金粉混合而成的钎料特点是更适合于不等间隙和大间隙的钎焊, 如蜂窝结构、 叶片堵盖等类的产品。
钎料在ЭП708、 GH3044母材上的流布铺展性能良好, 填充间隙性良好、 漫流长度均可达到100 mm。 该钎料的综合钎焊工艺性能良好。
2.3 钎缝的组织
为研究该钎料钎焊接头组织, 对Ni73CrSiB和Ni73CrSiB-40Ni钎料分别钎焊GH3044, ЭП708母材的接头组织进行了观察分析 (图2) 。 图3为常用钎料BNi82CrSiB (BNi-2) 的钎焊接头组织, 以与该钎料钎焊接头组织进行对比分析。
表3 不同钎焊工艺的钎焊工艺性能
Table 3 Brazing properties of different brazing processes
母材
钎焊工艺
铺展面积/2
填充间隙/
漫流长度/
1080 ℃/15 min
220
0.67
100
1100 ℃/15 min
297
0.73
100
1140 ℃/15 min
418
0.81
100
1080 ℃/15 min
284
0.75
100
1100 ℃/15 min
272
0.9
100
1120 ℃/15 min
287
0.91
100
1140 ℃/15 min
296
-
100
由图2 (a, b) 中可看出仅仅采用低熔点粉而不加高熔点填料钎焊时, 钎缝中间是共晶及化合物相, 加入高熔点填料后钎缝中形成大量的固溶体组织 (图2 (c, d) ) , 两种钎焊接头的组织区别较大, 显然固溶体组织对钎缝接头的力学性能非常有利。 与图3比较, 采用HBNi82CrSiB钎料钎焊接头组织也主要是化合物及共晶组织, 与图4中 (a, b) 相近。 采用混合粉末钎料, 可以改善钎焊工艺性能和接头的组织结构, 提高钎焊接头的机械性能。
图2 HBNi73CrSiB系钎料钎缝组织 (×200)
Fig.2 Brazing seam structures of HBNi73CrSiB series filler metal (×200)
(a) GH3044母材HBNi73CrSiB钎料; (b) ЭП708母材HBNi73CrSiB钎料; (c) GH3044母材HBNi73CrSiB-40Ni钎料; (d) ЭП708母材HBNi73CrSiB-40Ni钎料
图3 HBNi82CrSiB钎料接头组织 (×200)
Fig.3 Joint structure of HBNi82CrSiB filler metal (×200)
3 结 论
1. 研制的BNi73CrSiB-40Ni钎料的熔化温度范围为969～1022.8 ℃。
2. BNi73CrSiB-40Ni钎料在ЭП708, GH3044母材上既有良好的铺展性能, 又有较好的填充间隙性能, 具良好的综合钎焊工艺性能。 该钎料适宜于大间隙和不等间隙的钎焊。
3. BNi73CrSiB-40Ni钎料的钎焊接头组织与单一合金钎料钎缝组织不同, 钎缝中有大量的固溶体组织, 有利于提高接头的力学性能。
参考文献
[1] 夏恭忱编变形高温合金.铸造高温合金.中国航空材料手册[M].北京:北京中国标准出版社, 1989.03.
[2] 张启运, 庄鸿寿主编. 钎焊手册[M].北京:北京机械工业出版社, 1999.01.
[3] 雷力明, 黄 旭, 孙福生, 等. 热处理对Ti2V 15Cr2Al2Mo0.2C合金组织稳定性的影响[J].稀有金属, 2003, 27 (4) :503.
