K423A合金精铸件铸造缺陷的补焊工艺研究

摘要

镍基高温合金具有耐腐蚀性好、熔点高、高温性能优异等优良特点，是航空发动机零部件制造过程中应用最为广泛的耐高温材料。国内某航空企业以镍基高温合金K423A为原材料的零件铸造过程中容易出现裂纹、疏松、气孔等缺陷。在当前的铸造技术条件下这些缺陷很难彻底避免，只能通过补焊的方法来修复有缺陷的铸件，但在实际生产过程中效果并不理想，补焊时容易开裂，合格率非常低。为了满足企业生产需求，必须提高K423A精铸件补焊修复合格率。为此，对K423A精铸件的补焊修复进行研究意义重大。
　　目前应用于镍基高温合金的焊接方法主要有电子束焊、激光焊、钎焊、氩弧焊等。本试验是用手工钨极氩弧焊（TIG焊）的焊接方法来对K423A合金铸件铸造缺陷进行焊接修复研究，采用不同的焊接填充材料和焊接工艺参数进行焊接试验，通过X光无损探伤对焊接接头进行检测验证补焊合格率，选出最好的填充材料和工艺参数。采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪、X射线衍射仪等实验设备对焊接接头的裂纹形貌、微观组织、相结构及成分进行分析，探究K423A合金焊接热裂纹形成机理。得出以下试验结果：
　　(1)通过对HGH3030、HGH625、HGH3113三种焊料补焊结果分析发现，这三种焊料都可以焊接出合格的焊接接头，但后两种焊料与母材的焊接兼容性比较好，焊接合格率比较高。确定了焊接工艺参数：焊接电流为40~50A，焊接电压为10V，氩气流量正面8L/min、背面15 L/min。
　　(2)对补焊合格的K423A合金焊接接头进行了焊后消除应力热处理研究，试验采用了两种热处理方案，分别是方案1）：1065℃保温2h，充氩气随炉冷，方案2）：1190℃保温2h，空冷至1065℃保温2h，充氩气随炉冷。结果发现，利用方案1）热处理的焊接接头全部出现裂纹，而采用方案2）热处理的焊接接头没有出现裂纹。对经过焊后热处理的焊接接头微观组织进行分析发现，热处理后有大量的γ，相和碳化物析出，碳化物有延晶界析出的特征，这是造成焊接接头热处理后开裂的主要原因。
　　(3) K423A高温合金补焊过程中产生的裂纹主要有液化裂纹、凝固裂纹、应变时效裂纹，其中最容易出现的是应变时效裂纹。凝固裂纹大多数是在焊缝中心位置，也有少部分发生在热影响区和熔合线附近。在焊缝凝固裂纹处和没有产生裂纹的区域分别进行了能谱分析，结果发现非裂纹区域合金成分和母材差别不大，而裂纹处元素成分发生变化，C、Ti、Mo三种元素比母材偏高。
　　(4) K423A高温合金在焊接过程中产生液化裂纹是由于低熔点共晶物组成了液化薄膜，使组织液化，当受到拘束应力时液化薄膜被拉裂导致液化裂纹产生。液化裂纹形成主要与母材成分有关，一般发生热影响区，有沿晶开裂的特征。裂纹有连续状的也有不连续的，大多数裂纹都表现为一端为粗而钝，另一端细而尖，细而尖的一端是裂纹更容易扩展的一端。通过显微组织分析，发现晶粒粗大且方向性明显的柱状晶区域更容易出现裂纹。对裂纹处能谱分析发现裂纹处C、Ti、Nb三种元素偏聚最厉害。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2高温合金发展概述及应用现状

1.3镍基高温合金的概述

1.4 K423A高温合金发展概况及组织结构特点

1.5 K423A高温合金精铸件及铸造缺陷概况

1.6 镍基高温合金补焊修复研究现状

1.7本文研究主要内容

第2章 试验材料、方法及设备

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3组织分析及性能测试

2.4 实验方法

第3章 K423A合金精铸件补焊工艺与结果分析

3.1 焊接工艺方案的确定

3.2 HGH3030焊料补焊结果及焊缝组织分析

3.3 HGH625焊料补焊结果及焊缝组织分析

3.4 HGH3113焊料补焊结果及焊缝组织分析

3.5 热处理方式对补焊结果的影响

3.6 焊缝硬度分析

3.7 本章小结

第4章 K423A合金精铸件补焊焊接热裂纹研究

4.1 K423A合金的热裂纹分类

4.2 影响K423A合金焊接裂纹产生的因素

4.3 K423A合金焊缝凝固裂纹

4.4 K423A焊缝液化裂纹的分析

4.5 K423A合金应变时效裂纹

4.6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

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