Brasagem de superligas

Brasagem de superligas

(1) Características de brasagem: As superligas podem ser divididas em três categorias: à base de níquel, à base de ferro e à base de cobalto. Possuem boas propriedades mecânicas, resistência à oxidação e resistência à corrosão em altas temperaturas. A liga à base de níquel é a mais amplamente utilizada na produção prática.

A superliga contém mais Cr, e uma película de óxido de Cr2O3, difícil de remover, é formada na superfície durante o aquecimento. As superligas à base de níquel contêm Al e Ti, que são facilmente oxidados quando aquecidos. Portanto, prevenir ou reduzir a oxidação das superligas durante o aquecimento e remover a película de óxido é o principal problema durante a brasagem. Como o bórax ou o ácido bórico no fluxo pode causar corrosão do metal base na temperatura de brasagem, o boro precipitado após a reação pode penetrar no metal base, resultando em infiltração intergranular. Para ligas à base de níquel fundido com altos teores de Al e Ti, o grau de vácuo no estado quente não deve ser inferior a 10-2 ~ 10-3pa durante a brasagem para evitar a oxidação na superfície da liga durante o aquecimento.

Para ligas à base de níquel reforçadas por solubilização e precipitação, a temperatura de brasagem deve ser consistente com a temperatura de aquecimento do tratamento de solubilização para garantir a dissolução completa dos elementos da liga. A temperatura de brasagem é muito baixa e os elementos da liga não podem ser completamente dissolvidos; se a temperatura de brasagem for muito alta, os grãos do metal base crescerão e as propriedades do material não serão restauradas mesmo após o tratamento térmico. A temperatura da solução sólida das ligas à base fundidas é alta, o que geralmente não afeta as propriedades do material devido a temperaturas de brasagem muito altas.

Algumas superligas à base de níquel, especialmente ligas reforçadas por precipitação, tendem a apresentar fissuras por tensão. Antes da brasagem, a tensão gerada no processo deve ser totalmente removida e a tensão térmica deve ser minimizada durante a brasagem.

(2) A liga à base de níquel para brasagem pode ser brasada com base de prata, cobre puro, base de níquel e solda ativa. Quando a temperatura de trabalho da junta não for alta, materiais à base de prata podem ser usados. Existem muitos tipos de soldas à base de prata. Para reduzir a tensão interna durante o aquecimento da brasagem, é melhor escolher uma solda com baixa temperatura de fusão. O fluxo Fb101 pode ser usado para brasagem com metal de enchimento à base de prata. O fluxo Fb102 é usado para brasagem de superligas reforçadas por precipitação com o maior teor de alumínio, adicionando 10% a 20% de silicato de sódio ou fluxo de alumínio (como o fb201). Quando a temperatura de brasagem exceder 900 ℃, o fluxo fb105 deve ser selecionado.

Na brasagem em vácuo ou atmosfera protetora, cobre puro pode ser usado como metal de adição. A temperatura de brasagem é de 1100 ~ 1150 ℃, e a junta não produzirá trincas por tensão, mas a temperatura de trabalho não deve exceder 400 ℃.

O metal de adição para brasagem à base de níquel é o metal de adição mais comumente utilizado em superligas devido ao seu bom desempenho em altas temperaturas e à ausência de trincas por tensão durante a brasagem. Os principais elementos de liga na solda à base de níquel são Cr, Si e B, e uma pequena quantidade de solda também contém Fe, W, etc. Comparado ao Ni-Cr-Si-B, o metal de adição para brasagem b-Ni68Crwb pode reduzir a infiltração intergranular de B no metal base e aumentar o intervalo de temperatura de fusão. É um metal de adição para brasagem de peças de trabalho de alta temperatura e pás de turbina. No entanto, a fluidez da solda contendo W piora e a folga da junta é difícil de controlar.

O metal de adição para brasagem por difusão ativa não contém Si e possui excelente resistência à oxidação e à vulcanização. A temperatura de brasagem pode ser selecionada de 1150 ℃ a 1218 ℃, dependendo do tipo de solda. Após a brasagem, a junta soldada com as mesmas propriedades do metal base pode ser obtida após o tratamento por difusão a 1066 ℃.

(3) O processo de brasagem da liga à base de níquel pode adotar brasagem em forno de atmosfera protetora, brasagem a vácuo e conexão de fase líquida transitória. Antes da brasagem, a superfície deve ser desengordurada e o óxido removido por polimento com lixa, polimento com roda de feltro, esfregação com acetona e limpeza química. Ao selecionar os parâmetros do processo de brasagem, deve-se observar que a temperatura de aquecimento não deve ser muito alta e o tempo de brasagem deve ser curto para evitar forte reação química entre o fluxo e o metal base. A fim de evitar rachaduras no metal base, as peças processadas a frio devem ser aliviadas de tensão antes da soldagem, e o aquecimento da soldagem deve ser o mais uniforme possível. Para superligas reforçadas por precipitação, as peças devem ser submetidas primeiro ao tratamento de solução sólida, depois brasadas a uma temperatura ligeiramente superior ao tratamento de reforço por envelhecimento e, finalmente, ao tratamento de envelhecimento.

1) Brasagem em forno de atmosfera protetora A brasagem em forno de atmosfera protetora requer gás de proteção de alta pureza. Para superligas com w (AL) e w (TI) menores que 0,5%, o ponto de orvalho deve ser inferior a -54 ℃ quando hidrogênio ou argônio forem usados. Quando o teor de Al e Ti aumenta, a superfície da liga ainda oxida quando aquecida. As seguintes medidas devem ser tomadas: Adicionar uma pequena quantidade de fluxo (como fb105) e remover a película de óxido com fluxo; Uma camada de 0,025 ~ 0,038 mm de espessura é aplicada na superfície das peças; Pulverizar a solda na superfície do material a ser brasado com antecedência; Adicionar uma pequena quantidade de fluxo de gás, como trifluoreto de boro.

2) Brasagem a vácuo A brasagem a vácuo é amplamente utilizada para obter melhor efeito de proteção e qualidade de brasagem. Consulte a tabela 15 para as propriedades mecânicas de juntas típicas de superligas à base de níquel. Para superligas com w (AL) e w (TI) menores que 4%, é melhor galvanizar uma camada de níquel de 0,01 a 0,015 mm na superfície, embora a umectação da solda possa ser garantida sem pré-tratamento especial. Quando w (AL) e w (TI) excedem 4%, a espessura do revestimento de níquel deve ser de 0,02 a 0,03 mm. Um revestimento muito fino não tem efeito protetor, e um revestimento muito espesso reduzirá a resistência da junta. As peças a serem soldadas também podem ser colocadas na caixa para brasagem a vácuo. A caixa deve ser preenchida com getter. Por exemplo, o Zr absorve gás em altas temperaturas, o que pode formar um vácuo local na caixa, evitando assim a oxidação da superfície da liga.

Tabela 15 Propriedades mecânicas de juntas soldadas a vácuo de superligas típicas à base de níquel

A microestrutura e a resistência da junta brasada de superliga mudam com a abertura da brasagem, e o tratamento de difusão após a brasagem aumentará ainda mais o valor máximo permitido da abertura da junta. Tomando como exemplo a liga Inconel, a abertura máxima da junta de Inconel brasada com b-ni82crsib pode atingir 90 µm após o tratamento de difusão a 1000 ℃ por 1 hora; no entanto, para as juntas brasadas com b-ni71crsib, a abertura máxima é de cerca de 50 µm após o tratamento de difusão a 1000 ℃ por 1 hora.

3) Conexão de fase líquida transitória A conexão de fase líquida transitória utiliza uma liga de camada intermediária (com espessura de cerca de 2,5 a 100 µm) cujo ponto de fusão é inferior ao do metal base como metal de adição. Sob uma pequena pressão (0 a 0,007 mpa) e uma temperatura adequada (1100 a 1250 ℃), o material da camada intermediária funde e umedece o metal base. Devido à rápida difusão dos elementos, a solidificação isotérmica ocorre na junta, formando a junta. Este método reduz significativamente os requisitos de correspondência da superfície do metal base e reduz a pressão de soldagem. Os principais parâmetros da conexão de fase líquida transitória são pressão, temperatura, tempo de espera e composição da camada intermediária. Aplique menos pressão para manter a superfície de contato da soldagem em bom contato. A temperatura e o tempo de aquecimento têm um grande impacto no desempenho da junta. Se for necessário que a junta seja tão resistente quanto o metal base e não afete o desempenho deste, devem ser adotados os parâmetros de processo de conexão de alta temperatura (como ≥ 1150 ℃) e longo tempo (como 8 ~ 24 h). Se a qualidade da conexão da junta for reduzida ou o metal base não puder suportar altas temperaturas, deve-se utilizar uma temperatura mais baixa (1100 ~ 1150 ℃) e um tempo mais curto (1 ~ 8 h). A camada intermediária deve ter a composição do metal base conectado como composição básica e adicionar diferentes elementos de resfriamento, como B, Si, Mn, Nb, etc. Por exemplo, a composição da liga Udimet é ni-15cr-18,5co-4,3al-3,3ti-5mo, e a composição da camada intermediária para conexão em fase líquida transitória é b-ni62,5cr15co15mo5b2,5. Todos esses elementos podem reduzir a temperatura de fusão das ligas de NiCr ou NiCrCo ao mínimo, mas o efeito do B é o mais óbvio. Além disso, a alta taxa de difusão do B pode homogeneizar rapidamente a liga intercalar e o metal base.