Superseosten juottaminen
(1) Juotosominaisuudet Superseokset voidaan jakaa kolmeen luokkaan: nikkelipohjaiset, rautapohjaiset ja kobolttipohjaiset. Niillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet, hapettumisenkestävyys ja korroosionkestävyys korkeissa lämpötiloissa. Nikkelipohjainen seos on yleisimmin käytetty käytännön tuotannossa.
Superseos sisältää enemmän Cr:a, ja kuumennettaessa pinnalle muodostuu vaikeasti poistettava Cr2O3-oksidikalvo. Nikkelipohjaiset superseokset sisältävät alumiinia ja titaania, jotka hapettuvat helposti kuumennettaessa. Siksi juottamisen aikana on ensisijainen ongelma estää tai vähentää superseosten hapettumista kuumennuksen aikana ja poistaa oksidikalvo. Koska juoksutteen sisältämä booraksi tai boorihappo voi aiheuttaa perusmetallin korroosiota juotoslämpötilassa, reaktion jälkeen saostunut boori voi tunkeutua perusmetalliin ja johtaa rakeiden väliseen tunkeutumiseen. Valetuissa nikkelipohjaisissa seoksissa, joissa on paljon alumiinia ja titaania, tyhjiöasteen kuumassa tilassa on oltava vähintään 10⁻⁷ ~ 10⁻³pa juottamisen aikana, jotta vältetään seoksen pinnan hapettuminen kuumennuksen aikana.
Liuoslujitettujen ja erkautuslujitettujen nikkelipohjaisten seosten juotoslämpötilan on oltava yhdenmukainen liuoskäsittelyn lämmityslämpötilan kanssa, jotta seoselementit liukenevat kokonaan. Liian matala juotoslämpötila ei estä seoselementtien täydelliseä liukenemista. Liian korkea juotoslämpötila voi johtaa perusmetallin rakeisuuden kasvuun, eivätkä materiaalin ominaisuudet palaudu edes lämpökäsittelyn jälkeen. Valettujen perusseosten kiinteän liuoksen lämpötila on korkea, joten liian korkea juotoslämpötila ei yleensä vaikuta materiaalin ominaisuuksiin.
Joillakin nikkelipohjaisilla superseoksilla, erityisesti erkautuslujitetuilla seoksilla, on taipumus jännitysmurtumaan. Ennen juottamista prosessissa syntyvä jännitys on poistettava kokonaan ja lämpöjännitys on minimoitava juottamisen aikana.
(2) Nikkelipohjaisia seoksia voidaan juottaa hopeapohjaisilla, puhtailla kupareilla, nikkelipohjaisilla ja aktiivijuotteilla. Kun liitoksen käyttölämpötila ei ole korkea, voidaan käyttää hopeapohjaisia materiaaleja. Hopeapohjaisia juotteita on monenlaisia. Sisäisen jännityksen vähentämiseksi juotoskuumennuksen aikana on parasta valita juote, jolla on alhainen sulamislämpötila. Fb101-juotetta voidaan käyttää juottamiseen hopeapohjaisen lisäainemetallin kanssa. Fb102-juotetta käytetään juottamiseen erkautusvahvisteisilla superseoksilla, joilla on korkein alumiinipitoisuus, ja siihen lisätään 10–20 % natriumsilikaattia tai alumiinijuotetta (kuten FB201). Kun juotoslämpötila ylittää 900 ℃, on valittava FB105-juotetta.
Tyhjiössä tai suojakaasussa juotettaessa puhdasta kuparia voidaan käyttää juotoslisäaineena. Juotoslämpötila on 1100–1150 ℃, eikä liitos aiheuta jännitysmurtumaa, mutta käyttölämpötila ei saa ylittää 400 ℃.
Nikkelipohjainen juotoslisäaine on yleisimmin käytetty juotoslisäaine superseoksissa, koska sillä on hyvät lämpötilaominaisuudet ja se ei aiheuta jännityshalkeilua juottamisen aikana. Nikkelipohjaisen juotteen pääasialliset seosaineet ovat Cr, Si ja B, ja pieni määrä juotetta sisältää myös Fe:tä, W:tä jne. Verrattuna ni-cr-si-b:hen, b-ni68crwb-juotoslisäaine voi vähentää B:n rakeiden välistä tunkeutumista perusmetalliin ja pidentää sulamislämpötila-aluetta. Se on juotoslisäaine korkean lämpötilan työosien ja turbiinien lapojen juottamiseen. W-pitoisen juotteen juoksevuus kuitenkin huononee ja liitosraon hallinta on vaikeaa.
Aktiivinen diffuusiojuotoslisäaine ei sisällä piielementtiä ja sillä on erinomainen hapettumisenkesto ja vulkanoitumisenkesto. Juotoslämpötila voidaan valita 1150 ℃:sta 1218 ℃:een juotteen tyypin mukaan. Juottamisen jälkeen 1066 ℃:n diffuusiokäsittelyllä saadaan juotettu liitos, jolla on samat ominaisuudet kuin perusmetallilla.
(3) Nikkelipohjaisten seosmetallien juotosprosessissa voidaan käyttää suojakaasuuunissa tapahtuvaa juottamista, tyhjiöjuottoa ja transienttijuottoa nestefaasissa. Ennen juottamista pinta on rasvanpoiston ja oksidien poiston suoritettava hiekkapaperikiillotuksella, huopakiillotuksella, asetonipesulla ja kemiallisella puhdistuksella. Juotosprosessiparametreja valittaessa on huomattava, että lämmityslämpötilan ei tulisi olla liian korkea ja juotosajan tulisi olla lyhyt, jotta vältetään voimakas kemiallinen reaktio juoksutteen ja perusmetallin välillä. Perusmetallin halkeilun estämiseksi kylmäkäsitellyt osat on jännitystenpoiston tehtävä ennen hitsausta, ja hitsauskuumennus on oltava mahdollisimman tasaista. Erkautuslujitettujen superseosten osalta osat on ensin käsiteltävä kiinteäliuoskäsittelyllä, sitten juotettava hieman vanhennuslujituskäsittelyä korkeammassa lämpötilassa ja lopuksi vanhennuskäsittelyllä.
1) Suojakaasuuunissa tapahtuva juottaminen Suojakaasuuunissa tapahtuva juottaminen vaatii suojakaasun korkeaa puhtautta. Superseoksille, joiden w(AL) ja w(TI) -pitoisuudet ovat alle 0,5 %, kastepisteen on oltava alle -54 ℃ vetyä tai argonia käytettäessä. Kun Al- ja Ti-pitoisuudet kasvavat, seoksen pinta hapettuu edelleen kuumennettaessa. Seuraavat toimenpiteet on toteutettava: Lisää pieni määrä juoksutetta (kuten FB105) ja poista oksidikalvo juoksutuksella; Osien pinnalle levitetään 0,025–0,038 mm paksu pinnoite; Juote ruiskutetaan juotettavan materiaalin pinnalle etukäteen; Lisää pieni määrä juoksutusainetta, kuten booritrifluoridia.
2) Tyhjiökuotto Tyhjiökuottoa käytetään laajalti paremman suojausvaikutuksen ja juotoslaadun saavuttamiseksi. Taulukossa 15 on esitetty tyypillisten nikkelipohjaisten superseosliitosten mekaaniset ominaisuudet. Superseoksille, joiden w(AL) ja w(TI) ovat alle 4 %, on parempi galvanoida pinnalle 0,01–0,015 mm:n nikkelikerros, vaikka juotteen kostutus voidaan varmistaa ilman erityistä esikäsittelyä. Kun w(AL) ja w(TI) ylittävät 4 %, nikkelipinnoitteen paksuuden on oltava 0,020,03 mm. Liian ohuella pinnoitteella ei ole suojaavaa vaikutusta, ja liian paksu pinnoite heikentää liitoksen lujuutta. Hitsattavat osat voidaan myös sijoittaa laatikkoon tyhjiökuottoa varten. Laatikko tulee täyttää juotosaineella. Esimerkiksi Zr imee kaasua korkeassa lämpötilassa, mikä voi muodostaa paikallisen tyhjiön laatikkoon ja estää siten seoksen pinnan hapettumisen.
Taulukko 15. Tyypillisten nikkelipohjaisten superseosten tyhjiökohotettujen liitosten mekaaniset ominaisuudet
Superseoksesta valmistetun juotetun liitoksen mikrorakenne ja lujuus muuttuvat juotosraon mukana, ja juottamisen jälkeinen diffuusiokäsittely suurentaa liitoksen suurimman sallitun raon arvoa entisestään. Esimerkiksi Inconel-seoksessa b-ni82crsib-juotetun Inconel-liitoksen suurin rako voi olla 90 μm diffuusiokäsittelyn jälkeen 1000 °C:ssa 1H-käsittelyssä. B-ni71crsib-juotetuissa liitoksissa suurin rako on kuitenkin noin 50 μm diffuusiokäsittelyn jälkeen 1000 °C:ssa 1H-käsittelyssä.
3) Transienttinen nestefaasiliitos Transienttisessa nestefaasiliitoksessa käytetään lisäaineena välikerrosseosta (noin 2,5–100 µm paksu), jonka sulamispiste on alhaisempi kuin perusmetallin. Pienessä paineessa (0–0,007 MPa) ja sopivassa lämpötilassa (1100–1250 ℃) välikerrosmateriaali ensin sulaa ja kostuttaa perusmetallin. Elementtien nopean diffuusion vuoksi liitoksessa tapahtuu isoterminen jähmettyminen, joka muodostaa liitoksen. Tämä menetelmä vähentää huomattavasti perusmetallin pinnan sovitusvaatimuksia ja vähentää hitsauspainetta. Transienttisen nestefaasiliitoksen tärkeimmät parametrit ovat paine, lämpötila, pitoaika ja välikerroksen koostumus. Käytä vähemmän painetta, jotta hitsausliitoksen liitospinta pysyy hyvässä kosketuksessa. Lämmityslämpötilalla ja -ajalla on suuri vaikutus liitoksen suorituskykyyn. Jos liitoksen on oltava yhtä luja kuin perusmetalli eikä se vaikuta perusmetallin suorituskykyyn, on käytettävä korkean lämpötilan (kuten ≥ 1150 ℃) ja pitkän ajan (kuten 8–24 h) liitosprosessiparametreja. Jos liitoksen laatu heikkenee tai perusmetalli ei kestä korkeita lämpötiloja, on käytettävä alhaisempaa lämpötilaa (1100–1150 ℃) ja lyhyempää aikaa (1–8 h). Välikerroksen on käytettävä liitetyn perusmetallin koostumusta peruskoostumuksena ja lisättävä erilaisia jäähdytyselementtejä, kuten B, Si, Mn, Nb jne. Esimerkiksi Udimet-seoksen koostumus on ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, ja transienttinestefaasiliitoksen välikerroksen koostumus on b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Kaikki nämä alkuaineet voivat alentaa NiCr- tai NiCrCo-seosten sulamislämpötilan alimpaan mahdolliseen arvoon, mutta B:n vaikutus on selkein. Lisäksi B:n korkea diffuusionopeus voi nopeasti homogenisoida välikerroksen seoksen ja perusmetallin.
Julkaisun aika: 13. kesäkuuta 2022