一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法技术

本发明专利技术公开一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，使用镍基合金箔Ni

【技术实现步骤摘要】
一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法


[0001]本专利技术属于一种金属材料焊接技术，更加具体地说，涉及到一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法。

技术介绍

[0002]随着工业技术的发展，异种金属的瞬时液相连接引起了人们的高度重视。事实上，在能源、核工业、航空航天等领域都需要不同组织和性能的金属相互连接来制造更加优异的产品。在单一结构中耦合多个感兴趣的性能也是目前异种金属连接相关研究的热点。同时异种合金的连接同时也被认为是修复受损部件的一种降低成本的技术。
[0003]镍基高温合金IN718和AISI 316LN奥氏体不锈钢的双金属接头目前被用于航空航天工业和核电站。这要归功于它们卓越的机械性能、室温和高温下的抗氧化性和耐腐蚀性。然而，IN718零件在焊接过程中普遍存在凝固开裂、微裂纹、热影响区富铌相析出等问题。另一方面，虽然与其他不锈钢相比，奥氏体不锈钢表现出更高的焊接性，但其高膨胀系数和低导热系数可能导致这些钢的焊接接头变形和残余应力。焊接的问题之一是缺乏足够的机械和耐蚀性能来保证可靠的应用。造成这些焊接问题的主要原因是焊接层中形成了硬脆共晶组织。这些成分是在非等温凝固过程中形成的，由于其塑性和韧性较低，因此是开裂的首选位置。此外，扩散连接是近几十年来广泛使用的另外的技术，用于连接各种类型的先进合金。然而，扩散焊接过程中施加高压和温度以及高质量表面处理样品的基本需要限制了其适用性。
[0004]瞬间液相扩散连接(简称TLP)结合了固相扩散连接和钎焊的优点，在连接过程中加入含有降熔元素的中间层，连接所需的压力很小，所以接头的残余应力小，变形小。通过瞬间液相扩散连接技术获得的接头组织和成分与母材均匀一致，接头的力学性能也与母材相近。目前，瞬间液相扩散连接技术已经广泛应用于高温合金、陶瓷、耐热钢等材料的焊接领域。
[0005]瞬时液相连接(TLP)工艺是一种上个世纪80年代专利技术的一种新型工艺，它结合了扩散焊接和焊接工艺的优点。在瞬时液相连接过程中，在两片母材之间使用具有降熔功能的(MPD)元素的低熔点非晶箔带中间层，MPD元素从液体中间层向母材的扩散在连接温度下的一定的保温时间内发生，其导致等温凝固。因此TLP方法能够产生性能优异的、无界面的、无中间层残留的焊接接头。目前，TLP焊接已成为各种先进材料，如先进陶瓷、复合材料、各种耐热/耐蚀合金、单晶合金的首选焊接方法，同时TLP焊接工艺也在传统的结构材料，如碳钢、合金钢等方面的应用潜力同样也十分巨大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的技术目的旨在克服现有技术的不足，提供一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，利用合金箔中间层并设计一种瞬间液相扩
散连接的热循环工艺，从而获得具有均匀组织和良好力学性能的IN718镍基合金和316LN钢可靠接头。
[0007]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
[0008]一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，在IN718镍基合金和316LN钢之间设置镍基合金箔Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B，在真空条件下以5—10℃/min的升温速率自室温升温至1000—1100℃，保温15—60min，随炉冷却至室温且在这一过程中，垂直于待连接面的方向上一直施加0.5—1MPa的压力；
[0009]所述IN718镍基合金的化学成分为Ni 53.67wt.％、Cr 19.35wt.％、Co 0.007wt.％、Al 0.36wt.％、Mo 3.00wt.％、Mn 0.02wt.％、Si 0.08wt.％、Nb 5.43wt.％，其余为Fe元素；所述316LN钢的化学成分为Ni 12.85wt.％、Cr 16.61wt.％、Co 0.011wt.％、Al 0.009wt.％、Mo 2.10wt.％、V 0.003wt.％、Mn 1.68wt.％、Si 0.52wt.％、Nb 0.007wt.％，其余为Fe元素；所述镍基合金箔Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B化学成分为Cr 7wt.％、Si 4.5wt.％、B 3wt.％、Fe 3wt.％，其余为Ni元素。
[0010]在扩散连接前，对IN718镍基合金和316LN钢试样进行预处理如下：将使用线切割机从IN718和AISI 316LN试样上切割出尺寸为30mm
×
15mm
×
10mm的块状试样，连接前将试样(30
×
15mm2)的接触面依次用150#
‑
1200#型号的砂纸进行机械研磨，然后用丙酮超声清洗15min，酒精超声清洗15min。
[0011]在扩散连接前，对镍基合金箔Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B进行预处理如下：用砂纸将箔片的两面依次打磨至1200#；在丙酮中超声清洗15min，晾干；再在酒精中超声清洗15min，晾干。
[0012]在扩散连接时，瞬时液相扩散连接是在真空扩散焊炉中进行。
[0013]在扩散连接时，室温为20
‑
25℃。
[0014]在扩散连接时，真空度为1—5
×
10
‑3Pa。
[0015]在扩散连接时，垂直于待连接面的方向上一直施加0.75MPa的压力。
[0016]在扩散连接时，保温温度选择高于镍基合金箔Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B熔化温度50
‑
80℃，优选1050摄氏度。
[0017]在扩散连接时，升温速度为5—8℃/min，降温速度为5
‑
30℃/min。
[0018]在扩散连接后，在扩散连接区域出现金属间化合物Ni
23
B6、CrB、Ni3Si和Ni
‑
Si
‑
B析出物。
[0019]本专利技术的连接方法，使用Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B非晶箔对IN718镍基合金和316LN钢试样进行瞬间液相扩散连接，连接所需的压力小，连接时间短，工件变形小，获得的接头组织和成分与母材均匀一致，接头的力学性能也与母材相近，室温抗剪强度达到225
‑
260MPa，抗拉强度达到400
‑
550MPa。
附图说明
[0020]图1是IN718镍基合金和316LN钢在1050℃保温15min后的瞬间液相扩散连接接头的扫描电镜图。
[0021]图2是IN718镍基合金和316LN钢在1050℃保温4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，其特征在于，在IN718镍基合金和316LN钢之间设置镍基合金箔Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B，在真空条件下以5—10℃/min的升温速率自室温升温至1000—1100℃，保温15—60min，随炉冷却至室温且在这一过程中，垂直于待连接面的方向上一直施加0.5—1MPa的压力；在扩散连接区域出现金属间化合物Ni
23
B6、CrB、Ni3Si和Ni
‑
Si
‑
B析出物；所述IN718镍基合金的化学成分为Ni 53.67wt.％、Cr 19.35wt.％、Co 0.007wt.％、Al 0.36wt.％、Mo 3.00wt.％、Mn 0.02wt.％、Si 0.08wt.％、Nb 5.43wt.％，其余为Fe元素；所述316LN钢的化学成分为Ni 12.85wt.％、Cr 16.61wt.％、Co 0.011wt.％、Al 0.009wt.％、Mo 2.10wt.％、V 0.003wt.％、Mn 1.68wt.％、Si 0.52wt.％、Nb 0.007wt.％，其余为Fe元素；所述镍基合金箔Ni
‑
Cr
‑
Fe
‑
Si
‑
B化学成分为Cr 7wt.％、Si 4.5wt.％、B 3wt.％、Fe 3wt.％，其余为Ni元素。2.根据权利要求1所述的一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，其特征在于，在扩散连接时，真空度为1—5
×
10
‑3Pa。3.根据权利要求1所述的一种获得IN718镍基合金和316LN钢可靠接头的瞬间液相扩散连接的方法，其特征在于，在扩散连接时，瞬时液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晨曦，杨淼，刘永长，王祖敏，余黎明，郭乾应，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：