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高性能航空发动机叶片多用镍基单晶高温合金制备,且常设计成中空结构,以适应承受高温交变载荷及散热需要,这种复杂结构的成形涉及到焊接问题。本文针对镍基单晶高温合金的成分特点及性能要求,设计、制备出中间层合金,分析了合金的相组成及组织特征,测试了合金的熔点;并将制备的中间层用于单晶高温合金DD6的TLP焊接;研究了中间层合金成分与焊接工艺对接头组织的影响;建立了中间层合金/母材原子的扩散模型,理论计算了合金元素硼和铝的扩散距离。研究结果表明: 四种中间层合金DIF1、DIF2、DIF3和DIF4的组织均细小均匀。DIF1和DIF2相组成简单,DIF1由Ni及Ni3B组成,DIF2由α-Ni及Ni3Al组成,而DIF3和DIF4中相组成较复杂,除了含有DIF2中的两相外,还含有不同程度的硼化物。四种中间层合金DIF1、DIF2、DIF3和DIF4的熔化温度区间分别为1091~1116℃、1070—1095℃、1074—1094℃和1041—1086℃,熔化区间均较窄,焊接工艺性能较好。 在焊接工艺参数为焊接温度1200℃、保温时间8h及焊接压力0.3MPa的条件下,获得的DD6单晶TLP焊接头形态饱满。焊接接头由焊缝中心区、等温凝固区及扩散区三部分组成。焊缝与母材结合良好,界面处缺陷较少。在焊接工艺不变条件下,随着中间层中合金元素的增加,焊缝中心的共晶相增多,扩散区的硼化物增多。中间层中合金元素较少的DIF1焊接所形成的接头组织最为理想。 在焊接温度和焊接压力给定的条件下,保温时间是TLP焊的关键参数。随着焊接保温时间的延长,焊缝中心的共晶相减少,扩散区的硼化物趋于消失。在焊接温度1200℃,保温时间12h焊接时,焊缝与母材中的合金元素发生充分的互扩散,焊缝组织及成分与母材趋于一致化。理论计算亦表明,在焊接温度1200℃,保温时间8h时,B向母材的扩散距离约90μm,Al向中间层中的扩散距离约25μm;当保温时间延长至12h时,B的扩散深度达110μm,Al的扩散距离约35μm,继续延长保温时间,元素得以充分扩散,扩散深度趋于稳定。 焊接温度1200℃、焊接压力0.3MPa和保温时间12h时获得的TLP焊接头除了焊缝中心的Ni元素稍高于母材之外,其它合金元素分布均匀,中间层与母材中的元素发生了充分的互扩散。