Brasatura delle superleghe
(1) Le superleghe con caratteristiche di brasatura possono essere suddivise in tre categorie: a base di nichel, a base di ferro e a base di cobalto. Presentano buone proprietà meccaniche, resistenza all'ossidazione e alla corrosione ad alte temperature. La lega a base di nichel è la più utilizzata nella produzione pratica.
La superlega contiene più Cr e, durante il riscaldamento, si forma sulla superficie un film di ossido di Cr2O3, difficile da rimuovere. Le superleghe a base di nichel contengono Al e Ti, che si ossidano facilmente se riscaldati. Pertanto, prevenire o ridurre l'ossidazione delle superleghe durante il riscaldamento e rimuovere il film di ossido è il problema principale durante la brasatura. Poiché il borace o l'acido borico nel flusso possono causare corrosione del metallo base alla temperatura di brasatura, il boro precipitato dopo la reazione può penetrare nel metallo base, causando infiltrazione intergranulare. Per le leghe a base di nichel fuse con elevati contenuti di Al e Ti, il grado di vuoto a caldo non deve essere inferiore a 10-2 ~ 10-3 Pa durante la brasatura per evitare l'ossidazione sulla superficie della lega durante il riscaldamento.
Per le leghe a base di nichel rinforzate per soluzione e per precipitazione, la temperatura di brasatura deve essere coerente con la temperatura di riscaldamento del trattamento di soluzione per garantire la completa dissoluzione degli elementi della lega. Una temperatura di brasatura troppo bassa impedisce la completa dissoluzione degli elementi della lega; se la temperatura di brasatura è troppo elevata, la grana del metallo base si svilupperà e le proprietà del materiale non verranno ripristinate nemmeno dopo il trattamento termico. La temperatura di soluzione solida delle leghe a base di fusione è elevata, il che generalmente non influisce sulle proprietà del materiale a causa di una temperatura di brasatura troppo elevata.
Alcune superleghe a base di nichel, in particolare le leghe rinforzate per precipitazione, tendono a fessurarsi sotto sforzo. Prima della brasatura, è necessario rimuovere completamente lo sforzo formatosi durante il processo e ridurre al minimo lo stress termico durante la brasatura.
(2) Il materiale di brasatura a base di nichel può essere brasato con argento, rame puro, nichel e saldante attivo. Quando la temperatura di lavoro del giunto non è elevata, è possibile utilizzare materiali a base di argento. Esistono molti tipi di saldanti a base di argento. Per ridurre lo stress interno durante il riscaldamento della brasatura, è consigliabile scegliere una lega con bassa temperatura di fusione. Il flusso Fb101 può essere utilizzato per la brasatura con metallo d'apporto a base di argento. Il flusso Fb102 viene utilizzato per la brasatura di superleghe rinforzate per precipitazione con il più alto contenuto di alluminio, aggiungendo il 10% ~ 20% di silicato di sodio o disossidante di alluminio (come FB201). Quando la temperatura di brasatura supera i 900 °C, è necessario selezionare il flusso FB105.
Nella brasatura sotto vuoto o in atmosfera protettiva, è possibile utilizzare rame puro come metallo d'apporto. La temperatura di brasatura è di 1100 ~ 1150 °C e il giunto non produrrà cricche da stress, ma la temperatura di esercizio non deve superare i 400 °C.
Il metallo d'apporto per brasatura a base di nichel è il metallo d'apporto più comunemente utilizzato nelle superleghe grazie alle sue buone prestazioni ad alta temperatura e all'assenza di cricche da stress durante la brasatura. I principali elementi di lega nella lega per saldatura a base di nichel sono Cr, Si, B, e una piccola quantità di lega contiene anche Fe, W, ecc. Rispetto alla lega Ni-Cr-Si-B, il metallo d'apporto per brasatura B-Ni68CrWB può ridurre l'infiltrazione intergranulare di B nel metallo base e aumentare l'intervallo di temperatura di fusione. È un metallo d'apporto per brasatura per la brasatura di parti in lavorazione ad alta temperatura e pale di turbine. Tuttavia, la fluidità della lega per saldatura contenente W peggiora e il gioco del giunto è difficile da controllare.
Il metallo d'apporto per brasatura a diffusione attiva non contiene elementi di Si e presenta un'eccellente resistenza all'ossidazione e alla vulcanizzazione. La temperatura di brasatura può essere selezionata tra 1150 °C e 1218 °C a seconda del tipo di lega saldante. Dopo la brasatura, è possibile ottenere un giunto brasato con le stesse proprietà del metallo base, dopo un trattamento di diffusione a 1066 °C.
(3) Il processo di brasatura delle leghe a base di nichel può essere effettuato in forno ad atmosfera protettiva, sotto vuoto e con collegamento in fase liquida transitoria. Prima della brasatura, la superficie deve essere sgrassata e l'ossido rimosso mediante lucidatura con carta vetrata, lucidatura con feltro, lavaggio con acetone e pulizia chimica. Nella scelta dei parametri del processo di brasatura, è necessario tenere presente che la temperatura di riscaldamento non deve essere troppo elevata e il tempo di brasatura deve essere breve per evitare una forte reazione chimica tra il flusso e il metallo base. Per evitare la formazione di crepe nel metallo base, i pezzi lavorati a freddo devono essere sottoposti a distensione prima della saldatura e il riscaldamento della saldatura deve essere il più uniforme possibile. Per le superleghe rinforzate per precipitazione, i pezzi devono essere sottoposti prima a un trattamento di soluzione solida, poi brasati a una temperatura leggermente superiore a quella del trattamento di rinforzo per invecchiamento e infine sottoposti a un trattamento di invecchiamento.
1) Brasatura in forno ad atmosfera protettiva: la brasatura in forno ad atmosfera protettiva richiede un'elevata purezza del gas di protezione. Per le superleghe con w (AL) e w (TI) inferiori allo 0,5%, il punto di rugiada deve essere inferiore a -54 °C quando si utilizza idrogeno o argon. Anche quando il contenuto di Al e Ti aumenta, la superficie della lega continua a ossidarsi quando riscaldata. È necessario adottare le seguenti misure: aggiungere una piccola quantità di flusso (ad esempio FB105) e rimuovere la pellicola di ossido con il flusso; applicare uno strato di rivestimento di 0,025 ~ 0,038 mm sulla superficie dei pezzi; spruzzare preventivamente la lega per saldatura sulla superficie del materiale da brasare; aggiungere una piccola quantità di flusso gassoso, ad esempio trifluoruro di boro.
2) Brasatura sotto vuoto: la brasatura sotto vuoto è ampiamente utilizzata per ottenere una migliore protezione e una migliore qualità di brasatura. Vedere la tabella 15 per le proprietà meccaniche di giunti tipici in superleghe a base di nichel. Per le superleghe con w (AL) e w (TI) inferiori al 4%, è preferibile galvanizzare uno strato di nichel di 0,01 ~ 0,015 mm sulla superficie, sebbene la bagnabilità della lega saldante possa essere garantita senza pretrattamenti speciali. Quando w (AL) e w (TI) superano il 4%, lo spessore del rivestimento di nichel deve essere di 0,02-0,03 mm. Un rivestimento troppo sottile non ha effetto protettivo, mentre uno troppo spesso riduce la resistenza del giunto. Le parti da saldare possono anche essere posizionate nella camera per la brasatura sotto vuoto. La camera deve essere riempita con getter. Ad esempio, lo Zr assorbe gas ad alta temperatura, che può formare un vuoto locale nella camera, prevenendo così l'ossidazione della superficie della lega.
Tabella 15 proprietà meccaniche dei giunti brasati sotto vuoto di tipiche superleghe a base di nichel
La microstruttura e la resistenza del giunto brasato in Superlega variano in base al gap di brasatura, e il trattamento di diffusione successivo alla brasatura aumenterà ulteriormente il valore massimo ammissibile del gap. Prendendo come esempio la lega Inconel, il gap massimo del giunto brasato in Inconel con b-ni82crsib può raggiungere i 90 µm dopo il trattamento di diffusione a 1000 ℃ per 1 ora; tuttavia, per i giunti brasati con b-ni71crsib, il gap massimo è di circa 50 µm dopo il trattamento di diffusione a 1000 ℃ per 1 ora.
3) Connessione in fase liquida transitoria: la connessione in fase liquida transitoria utilizza la lega interstrato (spessore circa 2,5 ~ 100 µm) il cui punto di fusione è inferiore a quello del metallo base come metallo d'apporto. A una piccola pressione (0 ~ 0,007 mpa) e a una temperatura appropriata (1100 ~ 1250 ℃), il materiale interstrato fonde e inumidisce il metallo base. A causa della rapida diffusione degli elementi, si verifica una solidificazione isotermica nel giunto per formare il giunto. Questo metodo riduce notevolmente i requisiti di accoppiamento della superficie del metallo base e riduce la pressione di saldatura. I parametri principali della connessione in fase liquida transitoria sono pressione, temperatura, tempo di mantenimento e composizione dell'interstrato. Applicare una pressione minore per mantenere la superficie di accoppiamento della saldatura in buon contatto. La temperatura e il tempo di riscaldamento hanno un grande impatto sulle prestazioni del giunto. Se è necessario che il giunto sia resistente quanto il metallo di base e non ne influenzi le prestazioni, è necessario adottare parametri di processo di connessione ad alta temperatura (ad esempio ≥ 1150 ℃) e lunga durata (ad esempio 8 ~ 24 ore); se la qualità della connessione del giunto è ridotta o il metallo di base non può resistere ad alte temperature, è necessario utilizzare una temperatura inferiore (1100 ~ 1150 ℃) e una durata inferiore (1 ~ 8 ore). Lo strato intermedio deve assumere la composizione del metallo di base connesso come composizione di base e aggiungere diversi elementi di raffreddamento, come B, Si, Mn, Nb, ecc. Ad esempio, la composizione della lega Udimet è ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, e la composizione dello strato intermedio per la connessione in fase liquida transitoria è b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. Tutti questi elementi possono ridurre al minimo la temperatura di fusione delle leghe Ni-Cr o Ni-Cr-Co, ma l'effetto di B è il più evidente. Inoltre, l'elevata velocità di diffusione di B può omogeneizzare rapidamente la lega interstrato e il metallo base.
Data di pubblicazione: 13-06-2022