Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки
Представлены особенности структурообразования паяных соединений жаропрочного никелевого дисперсионно-твердеющего сплава инконель 718, полученных с помощью высокотемпературной вакуумной пайки и припоев на базе систем Pd—Ni—Cr—(Si, Co, В, Ge). Показано, что термическая обработка, состоящая из гомогени...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96152 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 3 (100). — С. 49-55. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96152 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. 2016-03-11T21:31:46Z 2016-03-11T21:31:46Z 2010 Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 3 (100). — С. 49-55. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96152 621.791.3 Представлены особенности структурообразования паяных соединений жаропрочного никелевого дисперсионно-твердеющего сплава инконель 718, полученных с помощью высокотемпературной вакуумной пайки и припоев на базе систем Pd—Ni—Cr—(Si, Co, В, Ge). Показано, что термическая обработка, состоящая из гомогенизации и последующего двухступенчатого старения, повышает твердость не только матрицы основного материала, но и паяного шва. The peculiar features of structure formation of brazed joints of heat-resistant nickel dispersion-hardening alloy Inconel 718, made by high-temperature vacuum brazing and brazing alloys on base of systems Pd—Ni—Cr—(Si,Co,B,Ge) are presented. It is shown that the heat treatment, consisting of homogenization and next two-step ageing, increases the hardness of not only the matrix of parent metal, but also of a brazed weld. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Новые материалы Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки Structure of joints of heat- resistant nickel alloy Inconel 718, made by high-temperature vacuum brazin Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки |
| spellingShingle |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. Новые материалы |
| title_short |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки |
| title_full |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки |
| title_fullStr |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки |
| title_full_unstemmed |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки |
| title_sort |
структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки |
| author |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. |
| author_facet |
Максимова, С.В. Хорунов, В.Ф. |
| topic |
Новые материалы |
| topic_facet |
Новые материалы |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Structure of joints of heat- resistant nickel alloy Inconel 718, made by high-temperature vacuum brazin |
| description |
Представлены особенности структурообразования паяных соединений жаропрочного никелевого дисперсионно-твердеющего сплава инконель 718, полученных с помощью высокотемпературной вакуумной пайки и припоев на базе систем Pd—Ni—Cr—(Si, Co, В, Ge). Показано, что термическая обработка, состоящая из гомогенизации и последующего двухступенчатого старения, повышает твердость не только матрицы основного материала, но и паяного шва.
The peculiar features of structure formation of brazed joints of heat-resistant nickel dispersion-hardening alloy Inconel 718, made by high-temperature vacuum brazing and brazing alloys on base of systems Pd—Ni—Cr—(Si,Co,B,Ge) are presented. It is shown that the heat treatment, consisting of homogenization and next two-step ageing, increases the hardness of not only the matrix of parent metal, but also of a brazed weld.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96152 |
| citation_txt |
Структура соединений жаропрочного никелевого сплава инконель 718, полученных способом высокотемпературной вакуумной пайки / С.В. Максимова, В.Ф. Хорунов // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 3 (100). — С. 49-55. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT maksimovasv strukturasoedineniižaropročnogonikelevogosplavainkonelʹ718polučennyhsposobomvysokotemperaturnoivakuumnoipaiki AT horunovvf strukturasoedineniižaropročnogonikelevogosplavainkonelʹ718polučennyhsposobomvysokotemperaturnoivakuumnoipaiki AT maksimovasv structureofjointsofheatresistantnickelalloyinconel718madebyhightemperaturevacuumbrazin AT horunovvf structureofjointsofheatresistantnickelalloyinconel718madebyhightemperaturevacuumbrazin |
| first_indexed |
2025-11-25T22:52:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:52:43Z |
| _version_ |
1850575391567118336 |
| fulltext |
УДК 621.791.3
СТРУКТУРА СОЕДИНЕНИЙ ЖАРОПРОЧНОГО
НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ИНКОНЕЛЬ-718,
ПОЛУЧЕННЫХ СПОСОБОМ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВАКУУМНОЙ ПАЙКИ
С. В. Максимова, В. Ф. Хорунов
Представлены особенности структурообразования паяных соединений жаропрочного никелевого дисперсионно-твер-
деющего сплава инконель 718, полученных с помощью высокотемпературной вакуумной пайки и припоев на базе
систем Pd—Ni—Cr—(Si, Co, В, Ge). Показано, что термическая обработка, состоящая из гомогенизации и последу-
ющего двухступенчатого старения, повышает твердость не только матрицы основного материала, но и паяного шва.
The peculiar features of structure formation of brazed joints of heat-resistant nickel dispersion-hardening alloy Inconel
718, made by high-temperature vacuum brazing and brazing alloys on base of systems Pd—Ni—Cr—(Si,Co,B,Ge) are
presented. It is shown that the heat treatment, consisting of homogenization and next two-step ageing, increases the
hardness of not only the matrix of parent metal, but also of a brazed weld.
Ключ е вы е с л о в а : жаропрочный никелевый диспер-
сионно-твердеющий сплав инконель-718; пайка; припой; ни-
кель; палладий; кратковременная и длительная прочность,
структура
Эффективным способом соединения аустенитных
суперсплавов на базе никеля типа инконель 718
(IN-718) является высокотемпературная вакуумная
пайка с помощью припоев на основе никеля или
благородных металлов. Никелевые припои широко
применяют для пайки коррозионностойких, жаро-
прочных сталей и сплавов. Они обеспечивают паяным
соединениям высокую прочность как при комнатной,
так и при повышенной температуре, а также корро-
зионную стойкость.
Наиболее распространенными являются припои
на базе системы Ni—Cr, содержащие в качестве деп-
рессантов бор и кремний [1], обеспечивающие хо-
рошее смачивание паяемого материала и одновре-
менно усложняющие структурное состояние паяных
швов и основного металла.
В процессе пайки жаропрочного никелевого спла-
ва IN-718 происходит активное взаимодействие
между припоем и основным металлом. В жидком сос-
тоянии бор и никель неограниченно растворимы друг
в друге [2]. При пайке бор активно диффундирует в
паяемый материал (на расстояние до 200 мкм).
Поскольку в твердом состоянии взаимная раст-
воримость отсутствует, то при кристаллизации об-
разуются бориды хрома и никеля, выделяющиеся
по границам зерен основного металла, прилегающе-
го ко шву (рис. 1), в виде боридной сетки и дис-
персных включений [3].
Микроструктура прилегающей части основного
металла состоит из двух зон. Первая шириной до
35 мкм, примыкающая ко шву, содержит дисперс-
ные пластинки боридов хрома, формирующиеся
внутри зерен твердого раствора. Вторая (шириной
до 200 мкм) представляет собой боридную сетку,
которая выделяется по границам зерен основного
металла. Начиная с расстояния более 200 мкм ос-
новной материал не подвержен диффузионным про-
цессам и выделение боридов по границам зерен
твердого раствора не зафиксировано.
Что касается второго депрессанта (кремния), то
исходя из диаграммы состояния Ni—Si максималь-
ная его растворимость в никеле составляет 15,8 ат. %
при температуре 1143 °С [4]. С понижением темпе-
ратуры растворимость уменьшается, но в паяных
швах (в центральных участках), полученных с по-
мощью припоя BNi-2 (Ni—7Cr—4,5Si-3,1B—3Fe), обна-
ружены значительные количества кремния, которые
могут образовывать силициды никеля [4].
© С. В. МАКСИМОВА, В. Ф. ХОРУНОВ, 2010
49
Объяснить отмеченное явление можно следую-
щими особенностями кристаллизации металла пая-
ных швов. В процессе охлаждения паяного соеди-
нения в виде первичных зерен кристаллизуется
твердый раствор на основе никеля (γ-фаза), имею-
щий более высокую температуру плавления. Остав-
шийся расплав жидкого металла обогащается бо-
ром, кремнием, хромом и вытесняется в централь-
ную часть паяного шва, где при дальнейшем охлаж-
дении происходит кристаллизация легкоплавких
хрупких эвтектических фаз, состоящих из твердого
раствора и силицидов (боридов) [3, 5].
Такие особенности формирования паяных сое-
динений жаропрочного никелевого сплава IN-718
характерны и для других борсодержащих никеле-
вых припоев, например MBF—20: Ni—7Cr—4,5Si—
3Fe—3,2B [6]. Получение прочности на растяжение
выше (784,2 ±10,4) МПa из-за наличия кремния и
бора в металле шва невозможно. Применение дав-
ления при пайке приводит к частичному вытесне-
нию из шва хрупких фаз, содержащих депрессанты,
и увеличению прочности на растяжение до
(868,4±12,8) МПa, но при этом существует опас-
ность потери геометрических размеров паяных со-
единений [6].
При использовании припоя ВNi—5 (Ni—19Cr—10,1Si),
в котором бор отсутствует, формируется паяный
шов, содержащий, как минимум, четыре микрост-
руктурных составляющих, в том числе зерна твер-
дого раствора на основе никеля, интерметаллиды,
отличающиеся высокой твердостью и хрупкостью,
бинарные и тройные эвтектики, снижающие проч-
ность паяного соединения [7].
Для предупреждения образования интерметал-
лических фаз предлагалось увеличить время и тем-
пературу пайки, уменьшить ширину паяльного за-
зора. Эти три параметра процесса пайки оказывают
определяющее влияние на структурообразование
паяных швов.
Кристаллизацию паяных швов можно оценивать
по квазичетверной диаграмме [7]. При увеличении
времени пайки хрупкие составляющие паяных швов
частично рассасываются или уменьшаются их разме-
ры, но полностью избавиться от них не удается даже
при очень длительных выдержках. Диффузия припоя
по границам зерен основного металла негативно вли-
яет на прочностные свойства паяных соединений.
Исключить образование хрупких составляющих
в паяных швах и обеспечить высокий уровень ме-
ханических свойств соединений при пайке никеле-
вых суперсплавов можно путем применения в ка-
честве припоев сплавов, имеющих структуру твер-
дых растворов в исходном состоянии.
В данной работе представлены результаты иссле-
дований структурообразования паяных соединений
жаропрочного никелевого сплава IN-718, полученных
с помощью промышленного припоя ПЖК 1000 и
опытных припоев на базе системы Pd—Ni—Cr—(X).
Для проведения металлографических исследо-
ваний использовали жаропрочный деформируемый
дисперсионно-твердеющий сплав IN-718
(50…55)Ni—(17… 21)Cr—18Fe—(4,75… 5,5)Nb +
Ta—(2,8… 3,3)Mo—(0,65… 1,15)Ti—(0,2… 0,8)Al—
≤1Co… 0,06C) и припои на базе системы Pd—Ni—
Cr—(X) (табл. 1). Припои получали способом ар-
гонно-дуговой плавки с нерасходуемым вольфра-
мовым электродом. В качестве шихтовых материа-
лов использовали 99,99 % Pd, 99,99 % Ni (двукрат-
ный электронно-лучевой переплав), 99,9 % Cr
(вакуумно-дистиллированный), 99,99 % Si (монок-
ристаллический), Co—K(099,8 %), 99,99 % Ge (мо-
нокристаллический), 99,9 % B (порошковый).
Для усреднения химического состава получен-
ные слитки переплавляли до пяти раз, затем под-
вергали прокатке с целью получения пластичных лент
толщиной 0,15…0,05 мм. Припой № 4 (табл. 1) не
удалось получить в виде тонкой фольги путем про-
катки, для его изготовления использовали сверх-
быструю закалку. Образцы паяли в вакуумной печи
с использованием радиационного нагрева.
Микроструктуру паяных соединений исследова-
ли с применением оптической и сканирующей элек-
тронной микроскопии после пайки и термической
обработки. Твердость HV определяли с помощью
Т а б л и ц а 1 . Припои и температура пайки
№
припоя
Базовая система
легирования
Рекомендуемая
температура пайки, °С
1 Ni—Cr—Pd—Si 1250 [8]
2 Ni—Cr—Pd—Co—Si 1230
3 Ni—Cr—Pd—Х(Ge) 1230
4 Ni—Cr—Pd—B 1080
Рис. 1. Микроструктура сплава IN-718 в состоянии поставки и
участки рентгеноспектрального микроанализа отдельных вто-
ричных фаз
50
твердомера М-400 фирмы «LECO» при нагрузке
0,5 Н и времени нагружения 5 с.
Микроструктура сплава IN -718 в состоянии пос-
тавки (после ковки и гомогенизации при темпера-
туре 1050 °С в течение 1,5 ч, без травления) пред-
ставлена на рис. 1. На фоне матрицы твердого рас-
твора обнаружены единичные выделения основных
вторичных фаз: сложных карбидов ниобия (спектры
3, 4, рис. 1, табл. 2) в виде светлых включений неп-
равильной формы и нитридов титана в виде темных
частиц правильной формы (спектры 5, 6, рис. 1, табл. 2).
В сплаве IN-718 образуются сложные карбидные
соединения, содержащие кроме ниобия, другие ле-
гирующие элементы жаропрочного никелевого
сплава: титан, молибден, хром, железо, никель (в
незначительных количествах).
Атомы титана и ниобия могут замещать друг дру-
га в соединениях (Ti, Nb)C. Массовая доля угле-
рода в карбидах NbC может составлять 8,6…1,5 % в
соответствии с указанной областью гомогенности [9].
Карбиды не разрушаются при ковке, термичес-
кой обработке, чрезвычайно стойки при высокой
температуре и не растворяются при повышении тем-
пературы до 1230 °С, благоприятно влияют на дли-
тельную прочность при высокой температуре [10].
Нитриды титана содержат составляющие эле-
менты сплава IN-718 (ниобий, молибден, хром, же-
лезо, никель), а также элементы внедрения. Зафик-
сированы единичные выделения карбонитридов.
Жаропрочный сплав IN-718 принадлежит к
группе сплавов на никель—железной основе, в ко-
торых основное упрочнение обеспечивается не γ′-
фазой Ni3(Al, Ti) с гранецентрированной решеткой,
а γ′′-фазой Ni3Nb с объемноцентрированной тетра-
гональной решеткой. Присутствие ниобия способ-
ствует повышению ее температуры растворения до
915°С и сохранению эффекта упрочнения до более
высоких температур [11].
Образуется данная фаза после проведения тер-
мической обработки, рекомендованной разработчи-
ком сплава, состоящей из гомогенизации при тем-
пературе 1050 °С в течение 1,5 ч, охлаждения на
воздухе и последующего ступенчатого старения при
760 °С в течение 10,5 ч, охлаждения с печью до
650 °С, выдержки при этой температуре в течение
8,5 ч и охлаждения на воздухе. Старение обеспе-
чивает оптимальный размер и распределение уль-
традисперсных выделений γ′′-фазы, способствует
повышению максимальной твердости и прочности
сплава.
Микроструктура сплава IN-718 после пайки при
высоких температурах претерпевает изменения.
Так, после пайки промышленным припоем Ni—Cr—
Pd—Si при температуре 1250 °С в течение 15 мин
обнаружены утолщение границ зерен и образование
Т а б л и ц а 2 . Химический состав отдельных структурных составляющих сплава IN-718 в состоянии поставки, мас. %
№ исследуемого
участка
C N Al Ti Cr Fe Co Ni Nb Mo
1 — — 0,72 0,95 19,58 17,07 0,22 51,78 5,81 3,87
2 — — 0,42 0,86 19,59 17,37 0,13 51,95 5,94 3,75
3 8,90 — — 3,25 0,41 0,48 0,06 0,95 84,67 1,29
4 9,52 — 0,10 4,60 0,76 0,45 0,01 1,92 81,32 1,31
5 — 22,60 — 66,30 0,87 0,46 — 1,01 8,42 0,34
6 — 18,55 — 68,09 0,58 0,21 0,10 0,97 11,27 0,12
Рис. 2. Микроструктура паяных соединений IN-718 (после трав-
ления), полученных с использованием опытного припоя № 4
(Pd—Ni—Cr—B), оптический микроскоп, 100
Рис. 3. Микроструктура приграничной зоны основного металла
при пайке припоем Ni—Cr—Pd—B при температуре 1080 °С (элек-
тронный микроскоп)
51
Т а б л и ц а 3 . Химический состав диффузионной зоны основного металла при пайке борсодержащим припоем, мас. %*
№ спектра B C O Al Ti Cr Fe Ni Nb Mo
1 3,67 6,83 — — 7,56 0,75 0,45 1,39 79,35 —
2 4,09 5,89 — — 4,93 0,34 — 0,99 83,76 —
3 — 6,60 1,15 0,21 0,78 16,60 10,26 28,20 29,50 6,70
4 5,75 0,01 — — 0,85 19,19 16,84 30,48 23,14 3,74
5 5,58 0,21 — — 0,87 19,77 17,23 47,38 5,14 3,82
6 1,84 — — 0,42 0,78 19,07 17,38 51,24 5,48 3,79
* Состав определен после травления.
Рис. 4. Микроструктура паяных тавровых соединений, полученных с помощью опытного припоя № 3 в разных состояниях: после
пайки (а—в); закалки (г—е); закалки и ступенчатого старения (ж, з)
52
глобулярных выделений по телу зерна матрицы, рост
зерен с 3- до 1-го балла (ГОСТ 5639—82, шкала 3).
При снижении температуры пайки до 1230 °С и при
такой же выдержке уменьшаются количество и дис-
персность глобулярных частиц, границы зерен уто-
няются, размер зерен увеличивается, но не очень
интенсивно (до балла 2, 1).
При изотермической пайке припоем Ni—Cr—Pd—B
(1080 °С, 30 мин) толщина границ зерен основного
материала вдали от шва (более 200 мкм) не претер-
певает заметных изменений, количество глобуляр-
ных выделений незначительное. С обеих сторон па-
яного шва в основном металле за счет диффузион-
ных процессов, протекающих на межфазной грани-
це жидкий припой—твердая подложка, образуется
диффузионная зона, в которой зафиксировано вы-
деление фаз по границам зерен (рис. 2, 3), обога-
щенных бором.
Вследствие диффузионной активности бора и
его низкой растворимости основной металл, приле-
гающий ко шву, быстро пересыщается бором, что
способствует выделению боридов в паяемом метал-
ле. Результаты микрорентгеноспектрального ана-
лиза показали, что по границам зерен формируются
сложные фазы, содержащие ниобий, бор, углерод,
титан и следы других элементов (табл. 3, рис. 3).
При определении массовой доли бора энергодис-
персионным способом в образцах, содержащих мо-
либден, существуют определенные сложности,
обусловленные совпадением Kα-линий бора и Mz-
линий молибдена.
Большинство боридов характеризуются некото-
рым отклонением от стехиометрического состава,
Т а б л и ц а 4 . Химический состав структурных составляющих основного металла, мас. %
Состояние
образца
№ спектра C N Al Ti Cr Fe Ni Nb Mo
После
пайки
1 — — 0,67 0,93 20,23 17,33 51,59 5,44 3,81
2 — — 0,54 0,82 19,93 17,36 51,96 5,67 3,12
3 11,41 — — 4,58 0,92 0,65 1,28 80,55 0,61
4 10,35 — — 6,46 0,96 0,65 1,22 79,31 1,05
5 — 22,45 — 69,22 0,68 0,43 0,91 6,31 —
6 9,87 — — 5,17 0,87 0,82 2,11 80,66 0,50
7 — — 0,15 0,88 21,15 17,74 57,75 1,31 1,02
8 — — 00,07 0,92 21,29 17,77 54,50 3,04 2,41
После
полного
цикла об-
работки
1 — — 0,44 0,91 19,17 18,02 52,81 5,33 3,23
2 — — 0,57 1,04 19,81 17,68 52,31 5,18 3,10
3 — — 0,52 0,90 19,82 17,96 52,27 4,93 3,60
4 9,51 — 0,03 5,56 0,83 0,76 1,89 80,14 1,28
5 9,19 — 0,09 4,45 1,74 1,53 3,08 78,79 1,13
6 — 21,80 0,05 66,51 1,12 0,67 1,89 7,84 0,12
7 — 18,67 0,02 73,56 0,47 0,68 0,23 6,14 0,23
8 — — 0,67 0,96 19,97 17,64 52,45 5,34 2,97
9 — — 0,59 0,84 19,86 18,71 52,16 4,95 2,89
Рис. 5. Исследуемые участки основного металла после пайки (а) и полного цикла термической обработки (б)
53
кроме того, они зачастую содержат углерод, кисло-
род и другие примеси внедрения, образуют легко-
плавкие эвтектики [11]. Присутствие таких выде-
лений по границам зерен ухудшает пластические
свойства, в частности значение относительного уд-
линения снижается до 2… 4 %. На фоне матрицы
основного металла присутствуют упрочняющие фа-
зы внедрения, характерные для данного сплава
(нитриды титана и карбиды ниобия) [12].
Следует отметить, что при исследовании паяных
соединений до травления получить полную инфор-
мацию о структуре основного металла невозможно.
Травление паяных соединений позволило расши-
рить информативность проведенных исследований,
но при определении химического состава необходи-
мо учитывать некоторую относительность получен-
ных результатов.
На рис. 4, а—в представлены микроструктуры
паяных соединений (в травленом состоянии), по-
лученных с помощью опытного припоя № 3 Ni—Cr—
Pd—Х(Ge) при Tп = 1230 °С, τ = 5 мин. Паяные швы
характеризуются значительной структурной одно-
родностью, отсутствием карбидных, интерметал-
лидных включений и ликвационных прослоек
(рис. 4, в—ж).
После высокотемпературной вакуумной пайки в
объеме зерна твердого раствора паяемого металла
зафиксировано выделение глобулярных дисперс-
ных выделений (рис. 4, а—г). Их химический состав
оказался аналогичен таковому твердого раствора,
но количество некоторых элементов больше, чем в твер-
дом растворе (примерно на 1…3 % хрома; 1…2 %
железа; 2,5… 6,0 % никеля (табл. 4, рис. 5, а). Ко-
личество остальных элементов (ниобия и молибде-
на) уменьшается примерно в 2,5… 4,0 раза и сос-
тавляет 1,31… 2,04 и 1,02… 1,41 %.
По границам зерен основного металла обнару-
жены единичные частицы карбидов ниобия непра-
вильной формы (рис. 5, а), содержащие титан
(4,58… 6,46 %).
Согласно результатам микрорентгеноспектраль-
ного анализа, незначительное количество темных
выделений правильной огранки можно отнести к
карбонитридам титана: они обогащены титаном,
азотом и углеродом.
В некоторых участках по границам зерен отме-
чены единичные пластинчатые формирования в ви-
де прерывистых нитей протяженностью от 2 до
10 мкм (рис. 4, а, б), что нежелательно с позиции
прочности. Балл зерна после пайки (ГОСТ 5639—82,
шкала 3) возрастает с 3- до 2-… 1-го. Более грубое
зерно способствует обеспечению лучших характе-
ристик длительной прочности [10].
Микротвердость HV основного металла после
пайки (заштрихованная область) незначительно по-
нижается (рис. 6, 1, 2). Поскольку она является
механической характеристикой материала, значе-
ние которой коррелирует со значениями временного
сопротивления, можно предположить, что под вли-
янием нагрева и медленного охлаждения ухудша-
ются механические свойства паяемого соединения.
Для повышения механических свойств основно-
го металла проводят комплексную термическую об-
работку паяных соединений. Гомогенизация (T =
= 1050 °С, τ = 1,5 ч, воздух) паяных соединений,
полученных с помощью опытного припоя № 3, при-
водит к структурным изменениям основного метал-
ла, диффузионному перераспределению легирую-
щих компонентов, утонению границ зерен в основ-
ном металле (рис. 4, г—е), незначительному повы-
шению микротвердости (рис. 6).
При последующем двухступенчатом старении
(T = 760 °С, τ = 10,5 ч, охлаждение с печью до 650 °С,
τ = 8,5 ч, воздух) глобулярная фаза становится диспер-
сной, по сравнению с таковой, полученной после пайки.
Пластинчатые выделения по границам зерен от-
сутствуют, отмечены единичные выделения карби-
дов ниобия в виде частиц неправильной и глобу-
лярной формы по границам зерен и по объему зерна
(рис. 4, ж, з, рис. 5, б, табл. 4), а также единичные
выделения карбонитридов титана.
Оксиды и бориды могут образовываться в ни-
кельжелезных сплавах, но количество их незначи-
тельно, поэтому они не влияют на свойства, не свя-
занные с сегрегацией [10]. Определение химичес-
кого состава границ зерен и матрицы показало их
идентичность.
Микротвердость матрицы паяемого материала
после полного цикла термообработки повысилась и
составила 4210… 4500 МПа. Аналогичная тенден-
ция характерна и для паяного шва (рис. 6, 3), сред-
ние значения микротвердости увеличились от 3250
(после пайки) до 4200 МПа (после термической
обработки). Таким образом, благодаря полному
циклу термической обработки значения твердости
матрицы основного металла и паяного шва пример-
но выровнялись. Это положительно влияет на ме-
Рис. 6. Микротвердость основного металла в исходном состоянии
(а) и после пайки (б); гомогенизации (в); двухступенчатого
старения (г)
54
ханические свойства паяных соединений, что под-
тверждено проведенными ранее исследованиями.
Длительная прочность при 550 °С и нагрузке
785 МПа составила 132 ч (без разрушения образца).
Выводы
1. Установлено, что применение припоя системы
Ni—Cr—Pd—Si при температуре пайки 1080 °С не ока-
зывает влияния на структуру основного металла, за
исключением приграничной зоны, прилегающей к
паяному шву, в которой выделяются боридные со-
единения по границам зерен на глубину около
100… 130 мкм, что подтверждено микрорентгено-
спектральными исследованиями.
2. Показано, что при вакуумной пайке жаро-
прочного сплава IN-718 промышленным припоем
Ni—Cr—Pd—Si при 1230°С происходит рост зерна с
3- до 2-… 1-го балла (ГОСТ 5639—82, шкала 3).
3. Пайка жаропрочного сплава IN-718 припоем
системы Ni—Cr—Pd—Х(Ge) вызывает преимущест-
венную кристаллизацию твердого раствора в пая-
ном шве и снижает микротвердость HV матрицы
основного металла примерно на 200 МПа. После-
дующая термическая обработка, состоящая из го-
могенизации и двухступенчатого старения, повы-
шает твердость не только матрицы основного мате-
риала, но и металла паяного шва соответственно до
4210… 4500 и 4200 МПа.
1. Induction brazing of Inconel 718 to Inconel X750 using
Ni—Cr—SiB amorphous foil / Xiaovei Wu, R. S. Chandel,
Hang Li et al. // J. of materials processing technology. –
2000. – 104, № 1-2. – P. 34—43.
2. Диаграммы состояния двойных металлических систем:
Справочник в 3 т. / Под общ. ред. Н. П. Лякишева. –
М.: Машиностроение, 1999. – Т.1. – 991 с.
3. Тransient liquid phase bonding of Inconel 718 and Inconel
625 with BNi-2: Modeling and experimental investigations /
M. A. Arafin, M. Medraj, D. P. Turner, P. Bocher // Mate-
rials Science and Engineering A 447. – 2007. – Р. 125—133.
4. Диаграммы состояния двойных металлических систем:
Справочник в 3 т. / Под общ. ред. Н. П. Лякишева. –
М.: Машиностроение, 1999. – Т.3, кн. 1. – 872 с.
5. Thermodynamic modeling and experimental investigation of
brazed joints used in aerospace industry / M. A. Arafin,
M. Medraj, D. P. Turner, P. Bocher // Proc. of the 3rd
Intern. Brazing and Soldering conf. (San Antonio, Texas,
USA, April 24—26, 2006). – San Antonio, 2006. –
С. 189—196.
6. Yeh M. S. Chuang T. H. Super plastic forming/brazing pro-
cess for Inconel 718 superalloy components // Welding J. –
1997. – 76, № 5. – P. 197—200.
7. Grushko B., Weiss B. Z. Structure of vacuum brazed BNi-5
joint of Inconel 718 // Metallurgical and Materials Tran-
sactions A. – 1984. – 15, № 4. – P. 609—620.
8. Сравочник по пайке / Под ред. И. Е. Петрунина. 3-е
изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2003. –
480 с.
9. Самсонов Г. В., Винницкий И. М. Тугоплавкие соедине-
ния. Справочник. – М.: Машиностроение, 2003. – 480 с.
10. Симс Ч., Хагель В. Жаропрочные сплавы. – М.: Метал-
лургия, 1976. – 568 с.
11. Суперсплавы 11: Жаропрочные сплавы для аэрокосмических
и промышленных энергоустановок / Под ред. Ч. Т. Симса,
Н. С. Столфора, У. К. Хагеля. В 2 кн. – М.: Металлур-
гия, 1995. – Кн. 2. – 384 с.
12. Гольдшмидт Х. Дж. Сплавы внедрения / Под ред. Н. Т. Че-
ботарева. – М.: Мир, 1971. – Вып. 1. – 423 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 28.05.2010
55
|