镍基钎料钎焊K465高温合金大间隙接头组织与性能研究

第45卷 第5期2017年5月第86 —93页材料工程Journal of Materials EngineeringVol.45 No.5May 2017 pp. 86 — 93镍基钎料钎焊K465高温合金大间隙接头组织与性能研究Research on Microstructure and Mechanical Propertiesof Wide-gap Brazed Joints of K465 SuperalloyUsing Nickel-base Brazing Filler Metal潘晖，赵海生(北京航空材料研究院焊接与塑性成形研究所，北京100095)P A N H u i’Z H A O H a i-s h e n g(W e ld in g a n d P la s tic F o rm in g D iv is io n,B e ijin g I n s t it u t eo f A e r o n a u tic a l M a te r ia ls,B e ijin g100095,C h in a)摘要：K465镍基高温合金为母材，FGH95镍基合金粉为预填粉末，采用预填高熔点粉末的方法对0. 5m m大间隙接头 进行钎焊，研究不同保温时间对钎缝组织与接头性能的影响。

结果表明：1220°C保温0.5h获得的钎缝组织由合金粉颗 粒及颗粒间的相构成，颗粒内为7和7'两相组织，颗粒间为7和7'两相为基体的硼化物、硅化物及7+7'共晶组织；随钎 焊保温时间延长，合金粉颗粒长大，化合物相及7+7'共晶组织合并、总量减少；钎焊保温时间为〇.5〜16h时，接头平均 持久寿命由31. 59h提高至54. 58h，但不易获得高性能等温凝固接头。

关键词：钎焊；K465镍基高温合金；组织；力学性能doi：10. 11868/j.issn.1001-4381. 2016. 001397中图分类号：TG454 文献标识码：A文章编号：1001-4381(2017)05-0086-08A b s tr a c t：T h e jo in t cle a ra n ce w it h0. 5m m w a s b ra ze d w it h p r e-fille d h ig h-m e ltin g p o w d e r m e th o d, b y u s in g K465n ic k e l-b a s e s u p e ra llo y as base m e ta l, F G H95n ic k e l-b a s e s u p e ra llo y p o w d e r as p r e-fille d p o w d e r. T h e e ffe c ts o f d iffe r e n t h o ld in g tim e o n m ic r o s tr u c tu r e a n d m e c h a n ic a l p ro p e rtie s w e re in v e s­tig a te d. T h e re s u lts s h o w th a t th e b ra z in g seam m ic r o s tr u c tu r e o f th e jo in ts b ra z e d a t 1220〇C f o r0. 5h com p ose s o f a llo y p o w d e r p a rtic le s a n d phases a m o n g th e p a rtic le s. T h e m ic r o s tr u c tu r e is a tw o-p h a s e s tr u c tu r e o f y and y f in s id e th e p o w d e r p a r tic le s, a n d a m o n g th e p a rtic le s are y an d y f tw o-p h a s e based b o rid e s, s ilic id e s a n d y+y7e u te c tic s. W it h th e in c re a se o f h o ld in g tim e, th e p o w d e r p a rtic le s g ro wb ig g e r, th ec o m p o u nd s a n d y+e u t e c t i c s m e rg e to g e th e r, leads to th e decrease of th e a m o u n t o fc o m p o u nd s a n d y + y^u te c t ic s.T h e h o ld in g tim e is p ro lo n g e d fr o m0. 5h to16h, th e ave ra g e r u p tu r e life in cre a se s fr o m31. 59h to54. 58h,b u t i t is n o t easy to a ch ie v e th e is o th e r m a lly s o lid ifie d jo in ts w it h g o o d m e c h a n ic a l p ro p e rtie s.K e y w o rd s：b r a z in g；K465 n ic k e l-b a s e s u p e r a llo y；m ic r o s tr u c tu r e；m e c h a n ic a l p ro p e rtyK465合金是一种合金化程度很高的镍基铸造高 温合金，诙合金在等轴铸造镍基高温合金中热强性及 承温能力较强，具有较好的高温抗氧化性能，主要用于 制作1050°C以下工作的发动机涡轮工作叶片和导向 叶片[1^3]。

钎焊技术是发动机涡轮叶片生产和修复的 关键技术之一，高温合金钎焊包括小间隙（〇〜0. 15mm)和大间隙（>0. 15mm)钎焊。

小间隙钎焊直 接采用钴基或镍基钎料钎焊连接，由于钎料中含有B，S i等元素，钎缝中往往存在硼化物或硅化物等化合物 相，此化合物相硬度较高[4]，是接头性能的薄弱环节[5’6]，其数量及形态对接头性能有较大的影响，通过 钎焊后的扩散处理，使降熔元素B等扩散至母材，从 而减少化合物相，可以提高接头的性能，高温长时扩 散，可以消除共晶汉字型化合物相，获得性能接近母材 的等温凝固接头[7^12];当钎焊间隙略大时，采用熔化 温度区间较大的钎料可以实现连接，但接头脆性化合 物相多，性能不佳；当间隙较大时，如〇. 5mm，此时钎 焊间隙失去对熔化钎料的毛细作用，需采用大间隙钎 焊的方法。

大间隙钎焊方法包括P&W的T L P方 法[13]，GE的ADH方法[14]，Liburdi的LPM 方第45卷第5期镍基钎料钎焊K465高温合金大间隙接头组织与性能研究87法[15’16]和CP M方法™等。

大间隙钎焊技术的共同特 点是，除钎料外需填充高熔点金属粉末，钎焊时高熔点 粉末不熔化，起骨架作用，钎料填充间隙转变为高熔点 粉末间的间隙，间隙减小，重又存在毛细作用，实现钎 焊连接。

高熔点金属粉末可以与钎料混合后密实填入 间隙(混合粉末法也可以预先将高熔点金属粉末密 实填入大间隙内，钎料置于间隙外靠近间隙处(预置高 熔点粉末法）。

前者钎料熔化润湿连接金属及高熔点 金属粉末，实现连接；后者钎料熔化润湿母材及合金 粉，在高熔点金属粉末间的毛细作用下流入合金粉间 隙形成连接。

大间隙钎焊采用的钎料、高熔点金属粉、钎焊工艺以及高熔点金属粉与钎料的比例[18]等对接 头性能影响较大。

国外大间隙钎焊较多采用的钎料是 BNi9，BNi3等简单N iC rB，N iC rS iB系镍基钎料，合金 粉主要为钴基及镍基合金粉[4’16’18];国内大间隙采用 的钎料是高合金化的钴基和镍基钎料，高熔点合金粉 主要为镍基合金粉[1921]。

大间隙钎焊典型的钎缝组 织由金属颗粒和其周围化合物链或束的钎料金属构成[4’16’182°]。

不断改善钎缝组织提高钎焊接头性能[22]，及采用各种措施提高可一次性修复缺陷尺寸[23]是大间隙钎焊发展的目标。

钎焊工艺对接头性能影响较大。

小间隙钎焊可通 过长时扩散获得等温凝固组织，进而获得较高的性能；大间隙钎焊接头通过焊后热处理可以提高接头性能[5]。

大间隙钎焊虽然采用合金粉，但钎料用量仍高于 小间隙钎焊接头。

本工作采用高合金化富含N b，W，A l，T i的镍基钎料和FGH95镍基高熔点金属粉末，钎 焊0.5m m大间隙K465镍基高温合金，研究钎焊接头的 组织及性能，以及长时扩散对接头组织及性能的影响。

1实验材料和方法实验用母材为K465镍基高温合金。

钎缝预填高 熔点金属粉末为FG H95镍基合金粉，直径为50〜70M m。

钎料粒度为50〜70M m。

实验材料的化学成分 如表1所7K。

表1实验材料的化学成分（质量分数/%)T a b le 1 C h e m ic a l c o m p o s itio n s o f th e e x p e r im e n ta l m a te r ia ls(m a s s f r a c t i o n/%) M a te r ia l C C r C o W M o A1T i N b B Si N i K4650. 13-0. 208. 0-9. 59. 0-10. 59. 5-11. 0 1. 2-2. 4 5. 1-6. 0 2. 0-2. 90. 8-1. 2B a lF G H950. 04-0. 0712. 0-14. 07. 0-9. 0 3. 3-3. 7 3. 3-3. 7 3. 3-3. 7 2. 3-2. 7 3. 3-3. 70. 006-0. 0150. 2B a l B ra z in g f ill e r m e ta l0. 10-0. 156. 0-7. 08. 5-9. 58. 5-9. 51. 6-2. 0 4. 0-5. 00. 03-0. 9010. 0-11. 00. 25-0. 35 2. 5-3. 0B a l真空钎焊实验采用真空炉，最高温度达1300°C，真空度为1X10 3Pa。