定向凝固Ni3Al基IC系列合金激光焊接工艺的研究

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Ni3Al基合金IC6、IC10是我国自主研制的定向凝固铸造高温合金,用于制造工作温度1000~1150℃下的涡轮发动机叶片和其他热端部件,由于这些部件长时间工作在高温、高压、腐蚀性燃气环境中,因此极易造成裂纹损伤,但这些材料造价昂贵,致使换件修理成本极高,如果能够实现通过激光焊接的方法进行修复,将会带来极大的经济效益。  定向凝固Ni3Al基IC系列合金由于晶界强度低,高温热塑性差,具有较大的焊接热裂纹倾向性,因此极大地限制了材料的焊接性能。本文实验研究发现不同工艺:扫描方向,扫描速度,激光功率密度及保护气气流量会影响焊接过程热裂纹的敏感性,研究结果表明,平行方向扫描,适当降低扫描速度,严格控制功率密度,保证保护气的保护效果,可以降低焊缝的裂纹敏感性。结合研究结果,通过合理优化焊接工艺,实验最终获得了IC10合金无裂纹的同质焊缝接头,而IC6的激光焊接问题仍难以得到解决。  实验过程中发现:Ni3Al基IC系列合金的焊接热裂纹主要包括:结晶裂纹、液化裂纹和高温低塑性裂纹,但是这两种合金在焊接过程中对不同类型热裂纹的倾向性是不同的。IC6合金对高温低塑性裂纹和横向结晶裂纹的倾向性较大,液化裂纹通过合理优化参数相对容易改善,而高温低塑性裂纹和横向结晶裂纹始终不能得到彻底消除;IC10合金的焊缝中对结晶裂纹和液化裂纹的倾向性较大,高温低塑性裂纹敏感性较为容易改善,结晶裂纹和液化裂纹通过严格控制焊缝的热输入量也能够得到控制,并最终获得无裂纹焊缝。本文通过扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪等方法研究了产生这种差异的原因。  实验还研究了IC10合金焊接接头的力学性能,接头抗拉强度可高达母材强度的85%以上,此外,本文还对比了经焊后热处理与未经处理焊缝接头的力学性能及断口形貌,拉伸性能没有较大差异,硬度分布变化较大,为研究产生差异的原因,实验对比了热处理前后焊缝微观组织发生的变化。
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