一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法技术

本发明专利技术公开了一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，包括：钎焊间隙的确定；金基钎料的组合布置方法以及钎焊工艺。本发明专利技术实现了在精密零件表面制备摩擦性能优良的钴基粉末冶金耐磨材料层。按照本发明专利技术提供的钎焊工艺加工的精密零件，钎料完全填充了焊缝，焊缝均匀性良好，保证了焊接零件的同轴度尺寸精度，焊缝的剪切强度超过280MPa。

Vacuum brazing method for high temperature alloy and cobalt based powder metallurgy material

The invention discloses a vacuum brazing method for a superalloy and a cobalt based powder metallurgy material, including the determination of the brazing gap, the combination arrangement method of the gold base filler metal and the brazing process. The invention realizes the preparation of cobalt based powder metallurgy wear-resistant material layer with excellent friction performance on the surface of precision parts. According to the precision parts of the brazing process provided by the invention, the solder is completely filled with the weld, and the weld uniformity is good. The precision of the coaxiality of the welded parts is ensured, and the shear strength of the weld is more than 280MPa.

【技术实现步骤摘要】
一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法
本专利技术涉及一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，也涉及其它粉末冶金材料真空钎焊的场合。
技术介绍
发动机的高速活门组件是该产品中的关键零组件之一，该零组件转速高(转速超过6000转/分钟)，寿命长。工作过程中活门受到偏心力的作用会紧贴衬套一侧作滑动摩擦运动，且线速度较高，产生摩擦热，另外活门间隙小，即使燃油清洁度满足要求，摩擦面之间的紧密接触区润滑油膜也会由于偏心力的作用而破坏，易发生粘着磨损失效。根据多年燃油泵调节器的制造经验，普通用于制造低转速活门的材料如9Cr18、4Cr14Ni14W2Mo、6061等，在高转速、长寿命状态工作时，均不能满足使用要求。因此，要求高速活门表面高硬度、高耐磨性、高粘着强度、良好的抗咬合性、抗污染能力等性能，保证活门衬套工作时接触面即使在油膜破坏的情况下也具有低的摩擦系数，避免粘着磨损的发生，并要求材料的硬度不会因为局部摩擦产生的高温影响而降低。而活门在工作时需要高速旋转，因此基体应具有较高的综合机械性能。在保证基体材料有良好机械性能的前提下，表面制备较高硬度和耐磨性的其它材料，目前采用热喷涂、激光表面改性、堆焊硬面材料等工艺。但航空发动机燃油泵调节器中的精密活门形状复杂，尺寸精度高，这些表面强化与改性工艺均不能用于精密活门组件的制造。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在高温合金材料表面钎焊钴基粉末冶金材料的工艺方法，以克服现有技术的不足。本专利技术的技术方案如下：本专利技术是一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，包括：钎焊间隙的确定；金基钎料的组合布置方法以及钎焊工艺。其中，钎焊间隙的确定是：其钎焊间隙为0.05～0.08mm。金基钎料的组合布置方法是：钎料采用Φ＝0.5mm金基钎料丝材和0.04mm厚度的箔材，丝状钎焊放置于上部间隙，箔材钎料放置于间隙之中。钎焊工艺包括：真空加热速率20℃/分钟，加热到950℃预热保温20分钟，然后加热到钎焊温度1060℃，回充70-100Pa的氮气分压，保温10分钟进行钎焊；保温时间结束后，在钎焊室随炉冷却至700℃后转移至淬火室氮气冷却。下面具体说明本专利技术的技术方案的技术原理及其有益效果：钎料的选择：为了保证钎焊接头具有较高的强度，应选择合适高温钎料，在各种高温钎料中镍基钎料和金基钎料的综合性能较好。镍基钎料是钎焊高温合金最常用的钎料，其钎焊工艺性较好，接头强度、抗氧化和抗腐蚀性能均较高，但镍基钎料中含有较高的硼、硅等元素，在钎焊过程中可能发生晶界渗入和溶蚀现象，使接头性能下降，因此必须严格控制钎料的加入量和钎焊工艺参数，避免该现象的发生。另外由于镍基钎料中含有较多的硼化物、硅化物等脆性相，其塑性变形能力差，不能制成丝材和箔材，通常以粉料供应，用粉料放置钎料既不方便，又不易控制钎料加入量。金基钎料有抗蚀性强，蒸气压低并有很好的流动性及润湿性等优点，它对多种金属都有良好的润湿性和流动性能，其钎焊接头有很高的强度、优良的耐蚀性和较好的高温抗蠕变性能，适用于真空钎焊加工。其化学组成为金、镍、钯元素，不含脆性相，塑性非常好，可以制成丝材和箔材，在钎料的放置方面具有优势。另外，钴基粉末冶金材料由于碳、钨等元素含量较高，钎焊性能较差，因此，优先选择金基钎料，典型的金基钎料是BAu70PdNi1005/1037。钎焊工艺：除了钎料种类外，影响钎焊焊接接头性能的因素还有钎焊温度、接头间隙等。随加热温度的升高，液态钎料与气体的界面张力减小，与母材的界面张力也降低，从而提高钎料的润湿能力，使其能够容易地填充接头间隙。但若钎焊温度过高，则容易造成母材的溶蚀，钎料流失和母材晶粒长大等现象。接头间隙直接影响钎料在间隙里的填充效果。间隙过小，则钎料在间隙里流通困难，会产生很大区域内的未填充部位，恶化焊缝质量；间隙过大，不仅会浪费钎料，还会使得液态钎料从焊缝溢出，附着在焊接件其它部位。同时，大的间隙会使得配合件自由度增大，使得套子和轴心的同轴度降低，增大后续磨削加工余量，甚至使得零件报废。加热冷却速率方面，钴基粉末冶金材料属于高硬度的脆性材料，与高温合金材料的热膨胀系数相差较大，加热冷却速度过快，将因为两种材料膨胀收缩的不一致而产生很大的应力导致开裂。钎焊间隙0.05～0.08mm，钎料采用Φ＝0.5mm金基钎料丝材和0.04mm厚度的箔材，丝状钎焊放置于上部间隙，箔材钎料放置于间隙之中，见图1，保证钎焊焊缝的均匀性及零件的同轴度尺寸。真空度1×10-2Pa，加热速率20℃/分钟，加热到950℃预热保温20分钟，然后加热到钎焊温度1060℃，回充70-100Pa的氮气分压，保温10分钟进行钎焊。控制加热速率，增加预热步骤，有利于避免零件加热过程中的变形和开裂。氮气分压是为了避免高温下金属元素的挥发。对固溶强化和沉淀强化的镍基高温合金，钎焊温度应尽量选择与固溶处理的加热温度相一致，以保证合金元素的充分溶解。钎焊温度过低，合金元素不能完全溶解；钎焊温度过高，母材晶粒长大，即使焊后进行热处理也无法恢复材料的性能。1060℃的温度是兼顾基体材料综合机械性能和钎焊工艺性的理想温度。保温时间结束后，在钎焊室随炉冷却至700℃后转移至淬火室氮气冷却。随炉冷却最大限度地避免了冷却过程中由于两种金属热膨胀系数的差异导致的开裂问题。本专利技术实现了在精密零件表面制备摩擦性能优良的钴基粉末冶金耐磨材料层。按照本专利技术提供的钎焊工艺加工的精密零件，钎料完全填充了焊缝，焊缝均匀性良好，保证了焊接零件的同轴度尺寸精度，焊缝的剪切强度超过280MPa。附图说明图1本专利技术的金基钎料的组合布置结构示意图；图2本专利技术的高速活门的钎焊结构示意图；图3是图2中的标记5位置结构示意图；图4是高速活门的焊前装配图。附图标记说明：1-活门轴，2-套子一，3-套子二，4-套子三，5-套子四，6-套子五。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的任何限制。本专利技术用于长寿命高转速精密活门的制造。鉴于钴基粉末冶金材料硬度高，难以加工成复杂的活门结构，本专利技术采用真空钎焊的方法将钴基粉末冶金材料焊接在活门轴1上，提供优良的摩擦性能，满足高速活门的工作要求。活门结构的设计：活门由两部分组成，如图2和图3所示。活门轴1采用高温合金材料加工，套子一2，套子二3，套子三4，套子四5和套子五6采用钴基粉末冶金材料加工，两者之间采用真空高温钎焊工艺连接在一起，属于套管钎焊，钎焊间隙0.05～0.08mm。将活门轴1和5个套子通过机械加工到规定的尺寸后，按图4进行焊前装配，钎料采用Φ＝0.5mm金基钎料丝材和0.04mm厚度的箔材，并按图1的方式针对5个套子进行钎料的组合布置。真空度1×10-2Pa，加热速率20℃/分钟，加热到950℃预热保温20分钟，然后加热到钎焊温度1060℃，回充70-100Pa的氮气分压，保温10分钟进行钎焊。保温时间结束后，在钎焊室随炉冷却至700℃后转移至淬火室氮气冷却。取样检查钎焊焊缝的填充情况、均匀性，金基钎料完全填充了钎缝，在180°的两个方向，钎缝宽度分别为0.07mm、0.08mm，钎缝均匀性良好，保证了钴基粉末冶金零件与活门轴的同轴度尺寸。对焊缝进行剪切强度测试，其剪切强度超过280MPa。以上只是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，其特征在于：包括：钎焊间隙的确定；金基钎料的组合布置方法以及钎焊工艺。

【技术特征摘要】
1.一种高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，其特征在于：包括：钎焊间隙的确定；金基钎料的组合布置方法以及钎焊工艺。2.根据权利要求1所述的高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，其特征在于钎焊间隙的确定是：其钎焊间隙为0.05～0.08mm。3.根据权利要求1所述的高温合金和钴基粉末冶金材料真空钎焊的方法，其特征在于所述金基钎料的组合布置方法是：钎料采用Φ＝0.5mm金基钎...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐华，郑伟，蔡桂珍，
申请(专利权)人：中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52