一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法
阅读说明：本技术 一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法 (Ni3Post-treatment method for Al-based single crystal alloy after welding ) 是由 宫声凯 梁资拓 曹阳 裴延玲 李树索 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及焊后处理技术领域,尤其涉及一种Ni-(3)Al基单晶合金焊后的后处理方法。本发明提供的后处理方法,包括以下步骤：将焊后Ni-(3)Al基单晶合金进行热处理,得到Ni-(3)Al基单晶合金的焊接件；所述热处理的温度为1050～1100℃。根据实施例的记载,经过本发明所述的热处理进行处理后得到的Ni-(3)Al基单晶合金的焊接件在980℃时的抗拉强度在650MPa以上,基体抗拉强度在95％以上。且所述后处理方法简单,条件易控制,可适用于大规模的工业生产,具有显著的工业应用价值和经济效益。(The invention relates to the technical field of postweld treatment, in particular to Ni 3 A post-treatment method of Al-based single crystal alloy after welding. The post-processing method provided by the invention comprises the following steps: to weld Ni 3 Heat treating Al-base monocrystal alloy to obtain Ni 3 A weldment of an Al-based single crystal alloy; the temperature of the heat treatment is 1050-1100 ℃. According to the description of the examples, Ni obtained after treatment by the heat treatment according to the invention 3 Al-based sheetThe tensile strength of the welding piece of the crystal alloy is above 650MPa at 980 ℃, and the tensile strength of the matrix is above 95%. And the post-treatment method is simple, the conditions are easy to control, and the method is suitable for large-scale industrial production and has obvious industrial application value and economic benefit.)
技术领域
本发明涉及焊后处理技术领域，尤其涉及一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法。
背景技术
Ni3Al基单晶合金具有非常高的高温强度、良好的蠕变和抗疲劳性能、优异的抗氧化和抗腐蚀性能以及组织结构可靠等特点，广泛应用于航空发动机的涡轮叶片中。但是Ni3Al基单晶合金难熔元素含量较高，容易在焊缝区和热影响区产生热裂纹，导致高温合金的可焊性较差，因此，通常采用真空钎焊或瞬间液相(Transient Liquid Phase,TLP)扩散焊等方式。真空钎焊与TLP扩散焊相比其他工艺具有难度低、操作方便，可靠性好等优点，大量应用于工程之中。
对于航空发动机涡轮叶片真空钎焊来说主要应用于以下几个方面：1)高压涡轮导向叶片橼板的焊接，高压涡轮导向叶片需要固定在涡轮盘和机匣之间，因此需要在顶部焊接橼板便于导向叶片的固定；2)双联或三联导向叶片的焊接，涡轮导向叶片一般采用钎焊工艺进行双联或三联导向叶片的连接以减少气动损失，提高涡轮效率；3)叶片的修复，焊接技术还可以有用于航空发动机涡轮叶片的修复和维护，对于涡轮叶片和工作叶片上的磨损、裂纹等可以利用钎焊、扩散焊等进行修复。
真空钎焊的方法虽然能够有效的焊接涡轮叶片，但是焊接后存在接头组织不均匀、接头硬脆相较多、残余应力较大的问题而导致接头性能不一定能够达到使用要求。针对上述问题，目前一般采用机械拉伸的方式进行解决，但是所述机械拉伸的方法可能会出现杂晶，导致力学性能较差，且外加应力条件难以控制。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法。所述后处理方法能够有效的改善焊接接头的微观组织和力学性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法，包括以下步骤：
将焊后Ni3Al基单晶合金进行热处理，得到Ni3Al基单晶合金的焊接件；
所述热处理的温度为1050～1100℃。
优选的，所述热处理的温度为1060～1080℃。
优选的，所述热处理的时间为8～12h。
优选的，所述焊后Ni3Al基单晶合金的制备方法包括：
将Ni3Al基单晶合金进行钎焊，得到焊后Ni3Al基单晶合金；
所述钎焊的方式为真空钎焊。
优选的，所述真空钎焊的真空度为(5～7)×10-3Pa。
优选的，所述真空钎焊的过程包括：以5～10℃/min的升温速率由室温升温至460～480℃，保温30～50min；以5～10℃/min的升温速率由460～480℃升温至980～1000℃，保温10～50min；以3～8℃/min的升温速率由980～1000℃升温至1200～1300℃，保温10～180min。
优选的，进行所述钎焊前，对所述Ni3Al基单晶合金进行前处理。
优选的，所述前处理包括以下步骤：
将所述Ni3Al基单晶合金的端面磨平后，进行清洗，得到端面洁净的Ni3Al基单晶合金；
将两块所述断面洁净的Ni3Al基单晶合金对接工装固定，在焊接接头涂覆钎料。
优选的，进行所述对接工装固定时，两块所述断面洁净的Ni3Al基单晶合金之间的间隙为10～200μm。
优选的，所述对接工装固定采用铂片进行点焊固定。
本发明提供了一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法，包括以下步骤：将焊后Ni3Al基单晶合金进行热处理，得到Ni3Al基单晶合金的焊接件；所述热处理的温度为1050～1100℃。本发明采用上述热处理温度，既满足了焊缝中元素较快扩散的要求，又低于基体的热处理温度，因此可以在损伤基体很小的前提下，使接头组织变得更加均匀，等温凝固区较宽，接头性能较好。根据实施例的记载，经过本发明所述的热处理进行处理后得到的Ni3Al基单晶合金的焊接件在980℃时的抗拉强度在650MPa以上，基体抗拉强度在95％以上。且所述后处理方法简单，条件易控制，可适用于大规模的工业生产，具有显著的工业应用价值和经济效益。
附图说明
图1为本发明所述真空钎焊和热处理过程的控温程序曲线；
图2为实施例1所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头的金相组织；
图3为实施例2所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头的金相组织。
具体实施方式
本发明提供了一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法，包括以下步骤：
将焊后Ni3Al基单晶合金进行热处理，得到Ni3Al基单晶合金的焊接件；
所述热处理的温度为1050～1100℃。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，，所述焊后Ni3Al基单晶合金的制备方法优选包括：将Ni3Al基单晶合金进行钎焊，得到焊后Ni3Al基单晶合金；所述钎焊的方式为真空钎焊。
本发明将Ni3Al基单晶合金进行钎焊，得到焊后Ni3Al基单晶合金。
本发明对所述Ni3Al基单晶合金的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可。在本发明的具体实施例中，所述Ni3Al基单晶合金具体为IC21合金。
在本发明中，所述Ni3Al基单晶合金优选为热处理后的Ni3Al基单晶合金；本发明对所述热处理的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
进行所述钎焊前，本发明优选对所述Ni3Al基单晶合金进行前处理。在本发明中，所述前处理优选包括以下步骤：
将所述Ni3Al基单晶合金的端面磨平后，进行清洗，得到端面洁净的Ni3Al基单晶合金；
将两块所述断面洁净的Ni3Al基单晶合金对接工装固定，在焊接接头涂覆钎料。
本发明将所述Ni3Al基单晶合金的端面磨平后，进行清洗，得到端面洁净的Ni3Al基单晶合金。
进行磨平前，本发明优选对所述Ni3Al基单晶合金进行切块处理。本发明对所述切块处理没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。本发明对所述磨平的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述清洗采用的清洗液优选为丙酮；所述清洗优选在超声的条件下进行；所述超声的时间优选为15min；本发明对所述超声的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的频率进行即可。
得到端面洁净的Ni3Al基单晶合金后，本发明将两块所述断面洁净的Ni3Al基单晶合金对接工装固定，在焊接接头涂覆钎料。
在本发明中，进行所述对接工装固定时，两块所述断面洁净的Ni3Al基单晶合金之间的间隙优选为10～200μm，更优选为50～100μm，最优选为50μm。
在本发明中，所述对接工装固定优选采用铂片进行点焊固定；本发明对所述点焊固定的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述钎料优选包括以下质量百分比的合金元素：B 1～2wt％，Si 1～3wt％，Ti 6～8wt％，Al 1～3wt％，Co 7～9wt％，W 1～4wt％,Cr 8～11wt％和余量的Ni。
本发明对所述涂覆的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述钎焊的方式优选为真空钎焊；所述真空钎焊的真空度优选为≤7×10-3Pa，更优选为(5～7)×10-3Pa，最优选为7×10-3Pa。
在本发明中，所述真空钎焊的过程优选包括：以5～10℃/min的升温速率由室温升温至460～480℃，保温30～50min；以5～10℃/min的升温速率由460～480℃升温至980～1000℃，保温10～50min；以3～8℃/min的升温速率由980～1000℃升温至1200～1300℃，保温10～180min。更优选包括以8～10℃/min的升温速率由室温升温至465～475℃，保温30～40min；以6～10℃/min的升温速率由465～470℃升温至980～990℃，保温10～50min；以3～5℃/min的升温速率由980～990℃升温至1240～1260℃，保温100～120min。最优选包括以10℃/min的升温速率由室温升温至465℃，保温30min；以10℃/min的升温速率由465℃升温至980℃，保温10～40min；以3℃/min的升温速率由980℃升温至1240℃，保温120min。
在本发明中，将所述真空钎焊控制在上述程序范围内的作用是确保接头被焊透。
在本发明中，所述真空钎焊优选在真空热处理炉中进行。
所述真空钎焊完成后，本发明还优选包括冷却，所述冷却的方式优选为随炉冷却。
得到焊后Ni3Al基单晶合金后，本发明将所述焊后Ni3Al基单晶合金进行热处理，得到Ni3Al基单晶合金的焊接件。
在本发明中，所述热处理的温度为1050～1100℃，优选为1060～1080℃；时间优选为8～12h，更优选为10h。
在本发明中，所述热处理优选在管式炉中进行。
所述热处理完成后，本发明还优选包括冷却；所述冷却的方式优选为空冷。
下面结合实施例对本发明提供的一种Ni3Al基单晶合金焊后的后处理方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将热处理后的IC21单晶棒切成合金块，将断面磨平后用丙酮超声清洗15min。再将两块合金块进行对接工装固定，控制间隙为50μm，采用铂片进行点焊固定，然后将钎料(B:1wt％,Si:3wt％,Ti:7wt％,Al:3wt％,Co:9wt％,W:4wt％,Cr:11wt％,Ni:余量)涂覆与焊接接头四周，得到前处理后的IC21合金；
在所述前处理后的IC21置于真空热处理炉中，抽真空至≤7×10-3Pa后，以10℃/min的升温速率由室温升温至465℃，保温30min；以10℃/min的升温速率由465℃升温至980℃，保温10min；以3℃/min的升温速率由980℃升温至1240℃，保温120min，然后随炉冷却，得到焊后Ni3Al基单晶合金；
将所述焊后Ni3Al基单晶合金置于管式炉中，在1050℃的温度中进行热处理10h，空冷，得到Ni3Al基单晶合金的焊接件(其中所述钎焊过程和焊后热处理的控温过程如图1所示)；
解剖所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头，并通过金相显微镜观察接头组织并根据GB/T 228.2-2015标准进行抗拉强度的测试；
所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头的金相组织如图2所示，由图2可知，所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头等温凝固区较宽，达到了焊缝的68％，基体组织均匀，硼化物相分散；
所述Ni3Al基单晶合金的焊接件在980℃下的抗拉强度为649MPa，未经热处理的焊后Ni3Al基单晶合金在980℃下的抗拉强度为513Mpa，由此可见，所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的抗拉强度高于所述未经热处理的焊后Ni3Al基单晶合金的抗拉强度。
实施例2
将热处理后的IC21单晶棒切成合金块，将断面磨平后用丙酮超声清洗15min。再将两块合金块进行对接工装固定，控制间隙为50μm，采用铂片进行点焊固定，然后将钎料(B:1wt％,Si:3wt％,Ti:7wt％,Al:3wt％,Co:9wt％,W:4wt％,Cr:11wt％,Ni:余量)涂覆与焊接接头四周，得到前处理后的IC21合金；
在所述前处理后的IC21置于真空热处理炉中，抽真空至≤7×10-3Pa后，以10℃/min的升温速率由室温升温至465℃，保温30min；以10℃/min的升温速率由465℃升温至980℃，保温10min；以3℃/min的升温速率由980℃升温至1240℃，保温120min，然后随炉冷却，得到焊后Ni3Al基单晶合金；
将所述焊后Ni3Al基单晶合金置于管式炉中，在1100℃的温度中进行热处理10h，空冷，得到Ni3Al基单晶合金的焊接件(其中所述钎焊过程和焊后热处理的控温过程如图1所示)；
所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头的金相组织如图3所示，由图3可知，所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的焊接接头等温凝固区较宽，达到了焊缝的60％，基体组织均匀，硼化物相分散；
所述Ni3Al基单晶合金的焊接件在980℃下的抗拉强度为667MPa，未经热处理的焊后Ni3Al基单晶合金在980℃下的抗拉强度为495Mpa，由此可见，所述Ni3Al基单晶合金的焊接件的抗拉强度高于所述未经热处理的焊后Ni3Al基单晶合金的抗拉强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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