სუპერშენადნობების შედუღება

სუპერშენადნობების შედუღება

(1) შედუღების მახასიათებლების მქონე სუპერშენადნობები შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: ნიკელის ფუძეზე, რკინის ფუძეზე და კობალტის ფუძეზე. მათ აქვთ კარგი მექანიკური თვისებები, დაჟანგვისადმი მდგრადობა და კოროზიისადმი მდგრადობა მაღალ ტემპერატურაზე. ნიკელის ფუძეზე დამზადებული შენადნობი ყველაზე ფართოდ გამოიყენება პრაქტიკულ წარმოებაში.

სუპერშენადნობი შეიცავს მეტ Cr-ს და გაცხელების დროს ზედაპირზე წარმოიქმნება Cr2O3 ოქსიდის ფენა, რომლის მოშორებაც რთულია. ნიკელის ფუძეზე დამზადებული სუპერშენადნობები შეიცავს Al-ს და Ti-ს, რომლებიც გაცხელებისას ადვილად იჟანგება. ამიტომ, გაცხელების დროს სუპერშენადნობების დაჟანგვის თავიდან აცილება ან შემცირება და შედუღების დროს მთავარი პრობლემა ოქსიდის ფენის მოშორებაა. რადგან ნალექში ბორაქსმა ან ბორის მჟავამ შეიძლება გამოიწვიოს ძირითადი ლითონის კოროზია შედუღების ტემპერატურაზე, რეაქციის შემდეგ დალექილი ბორი შეიძლება შეაღწიოს ძირითად ლითონში, რაც გამოიწვევს მარცვლოვანთაშორის ინფილტრაციას. მაღალი Al-ის და Ti შემცველობის მქონე ნიკელის ფუძეზე დამზადებული შენადნობების შემთხვევაში, გაცხელებულ მდგომარეობაში ვაკუუმის ხარისხი არ უნდა იყოს 10-2 ~ 10-3pa-ზე ნაკლები შედუღების დროს, რათა თავიდან იქნას აცილებული შენადნობის ზედაპირზე დაჟანგვა გაცხელების დროს.

ხსნარში გამაგრებული და ნალექით გამაგრებული ნიკელის ფუძეზე დამზადებული შენადნობების შემთხვევაში, შენადნობის ელემენტების სრული გახსნის უზრუნველსაყოფად, შედუღების ტემპერატურა უნდა შეესაბამებოდეს ხსნარის დამუშავების გათბობის ტემპერატურას. შედუღების ტემპერატურა ძალიან დაბალია და შენადნობის ელემენტები სრულად ვერ გაიხსნება; თუ შედუღების ტემპერატურა ძალიან მაღალია, ფუძე ლითონის მარცვალი გაიზრდება და მასალის თვისებები თერმული დამუშავების შემდეგაც კი არ აღდგება. თუჯის ფუძეზე დამზადებული შენადნობების მყარი ხსნარის ტემპერატურა მაღალია, რაც, როგორც წესი, არ იმოქმედებს მასალის თვისებებზე ძალიან მაღალი შედუღების ტემპერატურის გამო.

ზოგიერთ ნიკელის ფუძიან სუპერშენადნობს, განსაკუთრებით ნალექით გამაგრებულ შენადნობებს, აქვთ დაძაბულობის შედეგად ბზარების წარმოქმნის ტენდენცია. შედუღებამდე, პროცესში წარმოქმნილი დაძაბულობა სრულად უნდა მოიხსნას და შედუღების დროს თერმული დაძაბულობა მინიმუმამდე უნდა დაიყვანონ.

(2) შედუღების მასალის ნიკელის ფუძის შენადნობის შედუღება შესაძლებელია ვერცხლის ფუძის, სუფთა სპილენძის, ნიკელის ფუძის და აქტიური შედუღების გამოყენებით. როდესაც შეერთების სამუშაო ტემპერატურა მაღალი არ არის, შესაძლებელია ვერცხლის ფუძის მასალების გამოყენება. ვერცხლის ფუძის შედუღების მრავალი სახეობა არსებობს. შედუღების დროს შიდა დაძაბულობის შესამცირებლად, უმჯობესია აირჩიოთ დაბალი დნობის ტემპერატურის მქონე შედუღება. ვერცხლის ფუძის შემავსებელი ლითონით შედუღებისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას Fb101 ფლუქსი. შედუღებისთვის გამოიყენება Fb102 ფლუქსი, რომელიც გამაგრებულია ნალექით, უმაღლესი ალუმინის შემცველობით და ემატება 10% ~ 20% ნატრიუმის სილიკატი ან ალუმინის ფლუქსი (მაგალითად, fb201). როდესაც შედუღების ტემპერატურა აღემატება 900 ℃-ს, უნდა შეირჩეს fb105 ფლუქსი.

ვაკუუმში ან დამცავ ატმოსფეროში შედუღებისას, შედუღების შემავსებელ ლითონად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სუფთა სპილენძი. შედუღების ტემპერატურაა 1100 ~ 1150 ℃, შეერთება არ გამოიწვევს დაძაბულობის ბზარებს, თუმცა სამუშაო ტემპერატურა არ უნდა აღემატებოდეს 400 ℃-ს.

ნიკელის ფუძის მქონე შედუღების შემავსებელი ლითონი სუპერშენადნობებში ყველაზე ხშირად გამოყენებული შედუღების შემავსებელი ლითონია, მისი კარგი მაღალტემპერატურული მახასიათებლებისა და შედუღების დროს დაძაბულობისგან ბზარების არარსებობის გამო. ნიკელის ფუძის მქონე შედუღების ძირითადი ელემენტებია Cr, Si, B, ხოლო შედუღების მცირე რაოდენობა ასევე შეიცავს Fe, W და ა.შ. ni-cr-si-b-სთან შედარებით, b-ni68crwb შედუღების შემავსებელ ლითონს შეუძლია შეამციროს B-ს მარცვლოვანთაშორისი ინფილტრაცია ძირითად ლითონში და გაზარდოს დნობის ტემპერატურის ინტერვალი. ის არის შედუღების შემავსებელი ლითონი მაღალტემპერატურულ სამუშაო ნაწილებისა და ტურბინის პირების შედუღებისთვის. თუმცა, W-შემცველი შედუღების სითხე უარესდება და შეერთების ღრეჩოს კონტროლი რთულია.

აქტიური დიფუზიური შედუღების შემავსებელი ლითონი არ შეიცავს Si ელემენტს და აქვს შესანიშნავი დაჟანგვისა და ვულკანიზაციისადმი მდგრადობა. შედუღების ტემპერატურის შერჩევა შესაძლებელია 1150 ℃-დან 1218 ℃-მდე შედუღების ტიპის მიხედვით. შედუღების შემდეგ, 1066 ℃ დიფუზიური დამუშავების შემდეგ, შესაძლებელია ძირითადი ლითონის იგივე თვისებების მქონე შედუღებული შეერთების მიღება.

(3) ნიკელის ფუძიანი შენადნობის შედუღების პროცესი შეიძლება გამოყენებულ იქნას დამცავი ატმოსფეროს ღუმელში, ვაკუუმურ შედუღებასა და გარდამავალ თხევად ფაზაში შეერთებაში. შედუღებამდე ზედაპირი უნდა გაიწმინდოს ცხიმიდან და ოქსიდი უნდა მოიხსნას ქვიშაქაღალდის გაპრიალებით, თექის დისკის გაპრიალებით, აცეტონის ხეხვით და ქიმიური გაწმენდით. შედუღების პროცესის პარამეტრების შერჩევისას უნდა გაითვალისწინოთ, რომ გათბობის ტემპერატურა არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი და შედუღების დრო უნდა იყოს მოკლე, რათა თავიდან იქნას აცილებული ნალექსა და ძირითად ლითონს შორის ძლიერი ქიმიური რეაქცია. ძირითადი ლითონის ბზარების თავიდან ასაცილებლად, ცივად დამუშავებული ნაწილები შედუღებამდე უნდა მოიხსნას დაძაბულობით და შედუღების პროცესი უნდა იყოს მაქსიმალურად ერთგვაროვანი. ნალექით გამაგრებული სუპერშენადნობებისთვის, ნაწილები ჯერ მყარი ხსნარით უნდა დამუშავდეს, შემდეგ კი დაძველებით გამაგრების დამუშავებაზე ოდნავ მაღალ ტემპერატურაზე და ბოლოს დაძველებით დამუშავებით.

1) დამცავ ატმოსფეროში შედუღება დამცავ ატმოსფეროში ღუმელში შედუღება მოითხოვს დამცავი აირის მაღალ სისუფთავეს. 0.5%-ზე ნაკლები w(AL) და w(TI) შემცველობის მქონე სუპერშენადნობებისთვის, ნამის წერტილი უნდა იყოს -54 ℃-ზე დაბალი, წყალბადის ან არგონის გამოყენებისას. როდესაც Al-ის და Ti-ის შემცველობა იზრდება, შენადნობის ზედაპირი კვლავ იჟანგება გაცხელებისას. აუცილებელია შემდეგი ზომების მიღება: დაამატეთ მცირე რაოდენობით ფლუქსი (მაგალითად, fb105) და მოაშორეთ ოქსიდის ფენა ფლუქსით; ნაწილების ზედაპირზე დაიფარება 0.025 ~ 0.038 მმ სისქის საფარი; წინასწარ შეასხურეთ შედუღების მასალა შესადუღებელი მასალის ზედაპირზე; დაამატეთ მცირე რაოდენობით გაზის ნაკადი, მაგალითად, ბორის ტრიფტორიდი.

2) ვაკუუმური შედუღება ვაკუუმური შედუღება ფართოდ გამოიყენება უკეთესი დამცავი ეფექტისა და შედუღების ხარისხის მისაღწევად. ტიპიური ნიკელის ფუძიანი სუპერშენადნობების შეერთებების მექანიკური თვისებებისთვის იხილეთ ცხრილი 15. 4%-ზე ნაკლები w(AL) და w(TI) შემცველი სუპერშენადნობებისთვის უმჯობესია ზედაპირზე 0.01 ~ 0.015 მმ ნიკელის ფენის დაფარვა, თუმცა შედუღების დასველება შესაძლებელია სპეციალური წინასწარი დამუშავების გარეშე. როდესაც w(AL) და w(TI) 4%-ს აღემატება, ნიკელის საფარის სისქე უნდა იყოს 0.020.03 მმ. ძალიან თხელ საფარს არ აქვს დამცავი ეფექტი და ძალიან სქელი საფარი შეამცირებს შეერთების სიმტკიცეს. შესადუღებელი ნაწილები ასევე შეიძლება მოთავსდეს ვაკუუმური შედუღების ყუთში. ყუთი უნდა შეივსოს გეტერით. მაგალითად, Zr შთანთქავს გაზს მაღალ ტემპერატურაზე, რამაც შეიძლება შექმნას ადგილობრივი ვაკუუმი ყუთში, რითაც ხელს უშლის შენადნობის ზედაპირის დაჟანგვას.

ცხრილი 15. ტიპიური ნიკელის ფუძის მქონე სუპერშენადნობების ვაკუუმში შედუღებული შეერთებების მექანიკური თვისებები

Superalloy-ის შედუღებული შეერთების მიკროსტრუქტურა და სიმტკიცე იცვლება შედუღების უფსკრულის მიხედვით, ხოლო შედუღების შემდეგ დიფუზიური დამუშავება კიდევ უფრო გაზრდის შეერთების უფსკრულის მაქსიმალურ დასაშვებ მნიშვნელობას. ინკონელის შენადნობის მაგალითის სახით, b-ni82crsib-ით შედუღებული ინკონელის შეერთების მაქსიმალურმა უფსკრულმა შეიძლება მიაღწიოს 90 μm-ს 1000 ℃-ზე დიფუზიური დამუშავების შემდეგ 1 საათის განმავლობაში; თუმცა, b-ni71crsib-ით შედუღებული შეერთებებისთვის, 1000 ℃-ზე დიფუზიური დამუშავების შემდეგ მაქსიმალური უფსკრული დაახლოებით 50 μm-ია.

3) გარდამავალი თხევადი ფაზის შეერთება გარდამავალი თხევადი ფაზის შეერთება შემავსებელ ლითონად იყენებს შუალედური ფენის შენადნობს (დაახლოებით 2.5 ~ 100 მკმ სისქის), რომლის დნობის წერტილი უფრო დაბალია, ვიდრე ძირითადი ლითონის. მცირე წნევის (0 ~ 0.007 მპა) და შესაბამისი ტემპერატურის (1100 ~ 1250 ℃) ქვეშ, შუალედური ფენა ჯერ დნება და ატენიანებს ძირითად ლითონს. ელემენტების სწრაფი დიფუზიის გამო, შეერთების ადგილას ხდება იზოთერმული გამყარება, რაც ქმნის შეერთებას. ეს მეთოდი მნიშვნელოვნად ამცირებს ძირითადი ლითონის ზედაპირის შესაბამისობის მოთხოვნებს და ამცირებს შედუღების წნევას. გარდამავალი თხევადი ფაზის შეერთების ძირითადი პარამეტრებია წნევა, ტემპერატურა, შენარჩუნების დრო და შუალედური ფენის შემადგენლობა. შედუღების ზედაპირის კარგ კონტაქტში შესანარჩუნებლად გამოიყენეთ ნაკლები წნევა. გათბობის ტემპერატურა და დრო დიდ გავლენას ახდენს შეერთების მუშაობაზე. თუ შეერთება უნდა იყოს ისეთივე მტკიცე, როგორც ძირითადი ლითონი და არ იმოქმედებს ძირითადი ლითონის მუშაობაზე, უნდა იქნას მიღებული შეერთების პროცესის პარამეტრები: მაღალი ტემპერატურა (მაგალითად, ≥ 1150 ℃) და ხანგრძლივი დრო (მაგალითად, 8-24 სთ); თუ შეერთების ხარისხი შემცირებულია ან ძირითადი ლითონი ვერ უძლებს მაღალ ტემპერატურას, უნდა იქნას გამოყენებული უფრო დაბალი ტემპერატურა (1100 ~ 1150 ℃) და უფრო მოკლე დრო (1-8 სთ). შუალედური ფენა უნდა იღებდეს შეერთებული ძირითადი ლითონის შემადგენლობას, როგორც ძირითად შემადგენლობას და დაამატებდეს სხვადასხვა გამაგრილებელ ელემენტებს, როგორიცაა B, Si, Mn, Nb და ა.შ. მაგალითად, Udimet შენადნობის შემადგენლობაა ni-15cr-18.5co-4.3al-3.3ti-5mo, ხოლო გარდამავალი თხევადი ფაზის შეერთებისთვის შუალედური ფენის შემადგენლობაა b-ni62.5cr15co15mo5b2.5. ყველა ამ ელემენტს შეუძლია NiCr-ის ან NiCrCo შენადნობების დნობის ტემპერატურის მინიმუმამდე დაყვანა, თუმცა B-ს ეფექტი ყველაზე აშკარაა. გარდა ამისა, B-ს მაღალი დიფუზიის სიჩქარე სწრაფად ახდენს შუალედური შენადნობისა და ძირითადი ლითონის ჰომოგენიზაციას.