河南理工大学学士学位论文 (翻译部分) 翻 译 题 目 配置和中间层对FSX-414超合金的TLP接头影响
作者：克尔曼沙阿.蒂亚（伊朗拉齐大学材料学院) (学科）专业名称： 学生姓名： 导师姓名： 河南理工大学 二〇一六年六月 摘要 不同的中间层包括厚度50um的MBF—80，MBF—60和MBF—100。纯镍涂层10um厚
度的商用箔被用于FSX-414超合金的TLP粘结.TLP粘结是在最佳条件（1150℃/5min）进行。该接头采用显微扫描电镜和射线能谱仪和能量色散显微分析用于相分析焊接接头.对于MBF—80中间层，在接头处没有共晶相，但是在扩散影响区一些粒状和针状可以看见。 相当数量的共晶相在MBF—60夹层中清晰可见，这些共晶相被确定为NiP2和CrP。而在MBF-100夹层中检测到的成分为Co和Cr.对于孤立的共晶相，分析为Ni，Co，Cr和W等，在接头处纯镍涂层作为中间层被看见。机械试验包括显微硬度和对所有样品进行剪切。观察使用MBF-80层间取得的关节的最高剪切强度和最低硬度。这些化合物的合金元素的浓度，从显微扫描电镜和射线能谱仪和能量色散显微分析分析得到。
关键词：TLP；焊接FSX-414;合金夹层力学性能;显微组织研究
1介绍
FSX—414，Co基合金，特别用于在燃气轮机第一级的喷嘴要承受的最高气路温度.如通过希尔克（2004）的报道，苏亚雷斯（2008年）得出的结论是广泛的开裂是后期常见的。在维护间隔，乌苏盟友修好这些喷嘴，因为替代成本较高。麦格利特（2004）指出，瞬变液相扩散焊(TLP）接合已发展为一个有吸引力的焊接过程来修复这些喷嘴。在TLP焊接中，中间层放置在两个接合表面之间.组装在上述中间层和基底金属的足够的时间温度下保持，直到接合区域凝固等温,据报道通过艾提和汗（2014），蒂亚等。进行了使用镍基MBF—80夹层的箔的形式FSX—414超合金的TLP焊接.在这种情况下，粘接的温度和时间,层间厚度和均质化的温度和时间的影响进行了研究，并得到作为OPTI—接合条件1150
/5min接合状态。蒂亚等,帕德伦等和李承晚等。在很短的
时间粘接周期中获得完整的等温凝固这是基于工业方面所希望的。间层的化学组成和结构也被认为是对TLP粘结过程参数。中间层的组合物通常被选择为相同的基作为碱金属。此外,中间层一般含有熔点抑制剂(MPD）的元素如B，P和S除了箔，库克斯和索伦森指出,互和复合的形式使用层间.阿提埃赫汗报告夹层配置和化学成分对组织演变及接头力学性能的影响。镍基在这项研究中，在粘合条件（1150℃/5min）FSX-414合金的TLP粘结被进行不同的焊接夹层（MBF-80和MBF-60与B和P的MPD分别为），钴基中间层(MBF-100作为MPD元件）和纯Ni涂层。这项研究的目的是调查夹层组成和结构的力学性能和短时键期间TLP接头的微观结构的影响。
2材料和实验程序
在此研究中使用FSX—414超合金锭，以表1中的化学成分。对于TLP粘接10um×5um×5um试件使用电机切片。接触表面用600级碳化硅纸研磨,然后在丙酮浴中超声清洗。调查夹层组合物在接头在具有50微米厚的无定形箔的形式的影响，MBF-60和MBF—80的Ni和Co基MBF—100的中间层。此外，镍涂层厚度为103um 。采用电化学方法制得，被用来作为对相对表面之一的中间层被接合。高温钢夹具被用来将TLP过程期间以固定中间层。粘合温度被选为1150℃,这是FSX-414超合金的标准溶液热处理的温度。蒂亚等和蒂亚和Ekrami(2012)获得完整的等温凝固时间约5分钟，使用50um厚的MDF-80夹层FSX-414高温合金TLP粘结。至于短接合时间是可取的支持算法FMP工业方面，在此研究中，结合的5分钟时间被用来研究等温凝固的使用不同的中间层的速率.接头的显微组织采用光学显微镜（OM)和扫描电子显微镜（SEM）。对于这些研究，蚀刻剂被使用。定量分析进行了JXA—8200电子探针(EPMA）利用波长色散光谱仪（WDS).
表格1 FSX-414超合金的化学组成和中间层（Wt％）
Co
Cr
Ni W Fe
C Mn Mo
Ta
FSX-414 MBF-60
Bal
30.25 15.2 21
10。32 6。74 Bal Bal
4.5
0.52
0.15 0.10 0.06 0.06
0.59
0.03
0.14
MBF-80
MBF—100 Bal
接合区域的每个点的硬度值可以指示微结构性质的。为了阻止矿各相的硬度，硬度测量在使用上的标乐显微硬度计为50克负荷的接头区域进行的，按照ASTM E384-09标准。在每个点处被报告的值是五个测量值的平均值。
室温剪切试验是一种常见的测试,以评估扩散接合和钎焊接头的机械性能。这个试验进行用Instron拉伸试验机以1mm/分钟跨越头速度，按照ASTM D1002-05标准，使用一个特别设计的固定装置(图1）。剪切强度从相关曲线在最大的力计算
图1 剪切测试夹具的示意图
3结果与讨论
3.1 微观结构研究 3.1。1 MBF-100夹层
图2示出在1150℃使用MBF-100层间5分钟制成的接头的SEM显微照片。该图显示，5分钟接合时间不足以完成等温固化和热凝固引起共晶化合物，以形成中线。中间层是在粘接温度下为液体。在此温度下，关于熔融夹层和相邻固体碱金属的化学组合物不是在平衡条件下。
图2 在1150℃使用MBF-100层sEM显微照片
这个过程继续，直到其相邻的固体和液体的组合物分别达到平衡固相线和液相线的值，在接合温度.碱金属的溶解延伸的熔融区，并与新的化学组合物形成的熔融。在这个阶段，之后，熔点下降(MPD）元素扩散进入基体金属。在MBF-100层间，B和Si的
MPD的元素，但由于更有效的扩散硼进入钴矩阵，这些元素是主要的MPD元件。通过从中间层到基体金属硼扩散的中间层增加液相线温度达到粘合温度为1150℃。因此,发生等温凝固。期间短时接合(5分钟）,硼的扩散成的朝向层间中心线固/液界面富钴固体溶液的层的基体金属所引起的形成.因此,该粘合区可以在三个区域根据图分割。如下所示：
一。温凝固区（IS):含钴TICH固溶体. 二.热凝固区（ASZ）：含有共晶结构。
三。扩散影响区（DAZ）：相邻于从中间层到基体金属的影响MPD扩散在基体金属的接合区.此区域通常包含某些阶段，但在这种情况下，没有相被看见。
3.1.2 MBF—60夹层
图3示出在1150◦C使用MBF—60中间层，50um厚度制成的接头的SEM显微照片。如可以看到的，等温凝固是不完整的，连续的共晶的化合物是可见的接缝.至于MBF-60中间层的温度950℃，采用1150℃粘合温度导致高过度熔化在层间。因此,中间层是完全熔化并在接头中心整个相形成由于国税发熔融夹层热固化。区A和F，位于DAZ，富集在这些区域的磷的钴和铬的低浓度的显示,从中间层到基体金属的磷的DIF融合是不够可观形成的任何化合物。这类似于MBF—100间的无DAZ相所示由于硼的扩散到基本金属.
图3 在1150℃用MBF—60夹层SEM照片
区C和D图。图3是在接头的ASZ和包括连续的共晶相。这些相可以是钴,铬和镍的磷化物。通过计算原子%,钴磷，镍，磷和Cr—P系统中的C区的可能阶段可以在为58.2％的P—41.8％Co，59.4％的P—40％Ni，49。6原子%的P,50。4％的Cr。由于相关的二元相图，NiP2（66％的P,34原子％的Ni)，Co(49原子％的P，51％钴）和Cr（50％P，50%的Cr）有密切的联系。因此,这些阶段可能是C区的共晶阶段
3。1.3 MBF—80夹层
图4显示了使用MBF-80夹层与厚度为50um，在1150℃的SEM照片。这个中间层是Ni基于该MPC元素是P。图6等温凝固还未完成和连续的共晶的化合物是在接头的中心线可见。而区域B可以是碱金属的碳化物化合物由于其结节的形态。但是，存在有关的不确定性，根据碳分析的不可能性.根据图6，两个不同的阶段是在含有结节和针状形态，它们在分别的区域C和D.可见在图的中心线连续共晶化合物。
图4 使用MBF-80中间层在1150℃SEM显微照片
图5示出在1150℃，在5分钟使用MBF—80中间层具有50厚度um制成的接头的光学显微镜照片。由图，等温凝固已经完成，并没有共晶相是在接头的中心线可见，而DAZ相同样针和结节形态形成。在先前的粘合条件并没有发生短时间目前国产五轴粘接分钟后完成等温凝固。因此从Ni基夹层到基于钴基金属硼扩散的动力学比其他条件更高
图5在1150℃使用MBF-80中间层光学显微镜照片
3.1。4 Ni涂层作为中间层
图6示出了使用镍涂层具有10um作为中间层在1150℃/5min的条件制成的接头的SEM显微照片.接合温度是纯镍，因此,并没有发生中间层的完全熔融的熔点以下。然而,碱金属合金元素施行本科生接合区域如Co，Cr和扩散W和形成一些化合物可降低熔点并引起局部熔化.
图6在1150℃使用Ni涂层中间层SEM照片
区域A和E都与碱金属的相位和可能是富铬碳化物。在基底金属区D是Co-丰富并且可以是FSX—414超合金的奥氏体基体。在与其他研究关节相比，碱金属的从键合区的距离不同的区域具有接近化学组合物，它显示了这些区域没有受到的扩散。因此，扩散距离为大致相同,并仅限于DAZ.区域B，在DAZ，具有相同的化学组合物区D，可以是奥氏体Co基矩阵.区B与区D中，间合金元素的相互扩散相比更靠近接合区域基图的金属和层间是相同的。原因可能是其在固态。根据较低造成的扩散速率夹层的部分熔融,C区是富Ni.这是在具有不同形态学C区的相比，在接头的中心线相邻的矩阵一致。此外,铬，钴和W可见性在区域C的检测这表明碱金属的合金元素的扩散是有效的进入该区域，并导致局部熔化和形成金属间化合物的
3。2元素分析图
图7显示ISZ不同的夹层贱金属合金元素含量的变化。至于MBF-100 合富夹层，最高钴扩散的联合是发生区域中使用MBF-60夹层制成.在接合区钴高浓度可能导致高度组成均质的，由于使用基于Co基的金属。对于MBF—100间，镍的低浓度表明来自基体金属向层间的扩散是不显著。
图7在ISZ主要合金元素的变化用不同的夹层在折线图
根据图7，W的浓度低的所有中间层，并显示该元件的有限扩散到的Co—Ni和中间层。然而,W的最高浓度是MBF-100夹层可见。在ASZ化合物为不同夹层碱金属的合金元素的浓度变化。钴的高浓度示出了用于镍涂层造成—富Co的共晶化合物。因此，相较于其它中间层的钴扩散到镍是更显著。MBF-100夹层中含有钨,W的在共晶化合物是可见的MBF-60夹层浓度最高。此外，在共晶的Ni浓度的化合物大部分相同使用不同的中间层和它的最低浓度为Co基MBF-100层间可见最后，在低共熔化合物不同元素的最低浓度发生了MBF-80中间层，并表明碱金属合金—ING元件对形成共晶的化合物的影响可以忽略.TLP接头的最佳条件包括从层间的MPD元件的高扩散速率进入基体金属向中心提供全方位等温凝固并且还卑金属的合金元素的高扩散速率进入夹层同时加强以避免形成共晶化合物。使用MBF-80中间层制成的接头，得到这个条件。几乎可以忽略,而最低值，硬度是看到了MBF-80夹层。此中间层的共晶化合物被研究作为Ni和/或相对于其
他中间层如Co—硼化物和Ni和Cr—磷化物共晶的化合物，它具有较低的硬度值Cr-硼化物。一般地，具有高硬度值的共晶的化合物是脆，可以作为优选的位点裂纹形核和扩展。这些化合物对减少TLP接头高温合金的剪切强度的影响。因此，对于MBF—80中间层具有低硬度值低共熔化合物可能导致更好的机械性能。
3.3显微硬度
在使用不同的夹层制成的关节ISZ和中心线共晶化合物硬度值的比较。所有的关节都在不完全等温凝固考虑。如可以看到的，显微硬度值中的ISZ变化不只是使用MBF-60层间取得的关节可观.基体金属和中间层之间的合金元素的相互扩散是ISZ硬度的主要控制因素。因此，固溶强化的程度可以随着合金元素的含量增加。根据图10，合金元素（约30％的Co)的最高CMBF—60中间层，其与在ISZ最高硬度值协议是可见的。应当注意的是，Ni的含量为MBF—60和MBF-80中间层和MBF-100夹层作为碱元素Co含量不在强化有效。
图8 不同的夹层在不完全等温凝固条件下ISZ和ASZ硬度值的变化折线图
3.4剪切试验
图9显示关节疯狂吃不同条件下的剪切强度比较。根据该图，抗剪强度不同母金属的低。这表明需要与低共熔化合物关节更长的时间粘接。随着接合时间以完成等温固化，这些化合物可以删除这可能会导致机械性能的改善。特别地，联合在1150℃提出用MBF-80夹层获得完整的温凝固5分钟。尽管完整的等温固化,获得（498兆帕)的剪切强度的基体金属（708兆帕）的70％左右。在剪切强度的差别的原因可能是脆性的DAZ相这是可持续的裂纹形核和扩展.这表明，需要均匀的接缝,DAZ相。
图9 不同中间层接头强度柱形图
根据图9，接头的剪切强度随接合时间的增加,从1至5分钟,使两MBF—60和MBF—80中间层.期间较长接合时间这种增加可能是由于碱金属的合金元素到层间的更有效的扩散，并导致固溶强化。也可用于MBF-80层间中心线共晶化合物的删除.在键合区中的强化机制可以增加接头的同时硬度和剪切强度。因此，硬度和看到不同的夹层剪切强度的变化相同的趋势可能是合理。一般来说，ASZ的ISZ和硬度较低的硬度更高,可能会导致更高的联合剪切强度.对于MBF-60夹层，在DAZ的ISZ和相对低硬度最高的硬度导
致了相对高的剪切强度。此外,ASZ最高硬度看到了镍涂层的层间这是一致的最低联合剪切强度
结论
在最佳条件（1150℃/5min)FSX—414超合金的结论TLP粘结用各种中间层进行的。有研究微观组织和力学试验结果表明：
（1）对于MBF-100间，5分钟接合时间不足以完成等温凝固和连续中心线共晶被检测为Co和富铬硼化物。在DAZ，一个共同富区被看作是碱金属的奥氏体基体。
(2）对于MBF—60夹层，镍P2和Cr P阶段被视为在联合中心线隔离的共晶。此外，在关节钴的高浓度表明在5分钟有限接合时间从基底金属进入粘接区的相当大的扩散.使用该层间为1分钟制成接头，连续中心线共晶被看见。
（3）在使用MBF-80中间层制成的接头1分钟，结节和针状相在该被检测为分别Ni4B3和Ni2B，DAZ。此外,用基于铬和镍硼化物两种形貌生长观察连续中心线共晶。提高接合时造成5分钟为其他发作凝固完成，但可以看见DAZ相。
(4）为镍镀层作为中间层，没有相在DAZ被视为除碱金属的碳化物.在联合的分离的相被确定为具有相当浓度铬，钴和W的Ni—富含那些这表明碱金属的合金元素的扩散是有效的进入该区域。
（5）在ISZ贱金属合金元素含量的变化表现出最高的钴扩散到在关节结合区用MBF—60夹层制成。对于MBF—100间，镍的低浓度表明来自基体金属向层间的扩散是不显著。此外，瓦浓度低的所有中间层。此外,在ASZ合金元素的浓度表明在低共熔化合物不同的元素为MBF—80中间层的最低浓度。
（6）对于使用MBF—80中间层在1150℃/5分钟制成的接头,得到最高的剪切强度以及共晶的化合物的最低硬度。获得了最好的性能，DAZ相外观指示均匀化的需要
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