CN104625474A - 用于高温合金的钎焊合金组分及钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于高温合金的钎焊合金组分及钎焊方法。具体地，提供了一种多组分钎焊填料合金，包括以重量计60～70％的CM247高温合金以及BRB钎焊合金，所述钎焊材料合金被扩散钎焊到CM247合金基材基底上，例如燃气涡轮叶片或轮叶。基底/钎焊界面可以在之后进行焊接修复，而不会发生抗熔化和界面处的钎焊合金流失。焊接区和附近区域抵抗凝固裂纹。将所述组分合金钎焊到基材基底后，所述部件可以返回继续服务。此后，如果需要修复将来服役中的缺陷，所述部件仍然可以通过焊接或再次钎焊进行修复。

Description

用于高温合金的钎焊合金组分及钎焊方法
技术领域
本发明涉及高温合金部件的钎焊和修复，特别是用于钎焊燃气涡轮中所使用的高温合金叶片和轮叶部件的钎焊组分和方法，所述钎焊组分和钎焊过程一直以来使试验样品均获得了良好的钎焊，其中一些实施方式允许钎焊后焊接且避免了结构特性的显著降低。
背景技术
用于生产涡轮部件(例如铸造涡轮叶片)的镍基和钴基高温合金材料结构性修复和新的制造是具有挑战性的，其部分原因是所述高温合金材料的冶金特性。例如，在经受高温焊接时，铝或钛含量总计超过约6％的高温合金，例如低碳含量的镍基高温合金(例如CM247)通常比铝-钛含量更低的高温合金(例如X-750)更容易产生凝固裂纹。成品涡轮叶片中所使用的高温合金通常在铸造后热处理的过程中得到强化，这使得它们在进行后续的结构性焊接修复时成为困难材料。目前，制造或修复高温合金所使用的焊接过程通常包括大量熔化毗邻焊接部位的基底，以及全部熔化所添加的焊接填料材料。当使用相同或相近似的合金对由该种材料构成的叶片进行焊接时，例如用于结构性修复，所述叶片容易在焊接区域内或其附近产生凝固裂纹(熔融裂纹(aka liquation cracking))。在已经付出相当多的时间和经费来试图修复高温合金叶片后，具有焊接后凝固裂纹的高温合金叶片和轮叶常因不可修复而被废弃。因为所提及的高温合金结构性修复焊接的缺点，所以在商业上可以接受的解决方案通常只有废弃需要结构性修复的被损伤的涡轮叶片，因为过去的经验表明这样的结构性修复的成功率很低。因此，修复被局限为在过去已被证明可通过美容性焊接成功修复的那些特定的材料、组成以及结构性损伤类型，所述盖面焊接采用具有降低的结构强度的更具延展性的焊接填充材料。众所周知的焊后产生凝固裂纹风险很大的需要焊接结构性修复的叶片通常会被废弃。提供能够经受钎焊后焊接而不产生明显凝固裂纹或结构、机械或其它特性劣化的钎焊组分和方法，将使得这样的部件能被修复并重新使用，有着非常重要的经济益处。
金属部件(包括高温合金部件)的非结构性修复或制造，通常包括使用结构特性较低的错配合金材料来替换损伤材料(或接合两个新制造材料的部件)，其中局部区域不需要原基底材料的优秀的结构性能。例如，这种非结构性或“美容性”(“cosmetic”)的修复可以用于恢复被修复部件的原始几何轮廓。对于修复燃气涡轮部件而言，一个美容性修复的例子是填充涡轮叶片翼面上的表面凹陷、裂纹或其他空洞以恢复其原始气动轮廓，这些例子里，对整个叶片的结构完整性来说，叶片上局部外表面的机械特性并不重要。美容性修复或制造通常通过使用抗氧化焊接或钎焊合金来完成，所述抗氧化焊接或钎焊合金的强度低于所述叶片主体的高温合金基底，但是具有更高的塑性和不会使所述高温合金基底的结构或材料特性劣化的较低的应用温度。
为了修复或制造，扩散钎焊已被应用于接合高温合金部件，其通过在待接合的高温合金部件的相邻表面之间放入钎焊合金，并且在炉中加热那些部件(经常在真空下或在惰性气氛内，以便与环境空气隔绝)，直到钎焊合金液化并扩散到待共同接合的部件的基底内。通过向缺陷中插入钎焊合金并在炉中加热以使钎焊合金液化从而将裂纹填满，扩散钎焊可以被用于填充高温合金部件中的表面缺陷，例如局部表面裂纹和/或非结构性裂纹。在一些修复的类型中，使用焊炬而不是炉来作为局部加热源以熔化钎焊合金。通常，钎焊修复后的高温合金叶片和轮叶将返回以继续使用。
在之后的燃气涡轮检查周期中，那些被认定为在之前钎焊修复的表面中存在缺陷的叶片或轮叶，如果为了修复而再次将部件加热，那么会带来使旧钎焊材料减弱或流失的风险。通常出于商业上节约成本的原因，会废弃在之前钎焊部分中存在缺陷的叶片，而不会去冒可能的修复失败的风险，该风险可归因于旧钎焊材料的重熔流失。
商品名称为(Martin Marietta公司的一个注册商标)的钎焊材料(在市场上可获得，例如，从Praxair Surface Technologies，Inc.Indianapolis，IN，在他们那里的名称是CO-222、CO-333)是一种高铬含量的高温合金钎焊材料，该钎焊材料常用于修复CM247合金涡轮叶片和轮叶部件。从Sulzer Metco处也可以商业购买到具有相似性能特征的产品Amdry MM509和Amdry MM509B。然而，使用包含CM247的钎焊材料是较为理想的，其使得钎焊材料和部件基底具有更接近匹配的材料特性。一种用于CM247的商品名称是MAR-M-247，其一种形式是可从Praxair Surface Technologies获得的其称为NI-335-5的产品。
因此，本领域需要材料特性与那些CM247高温合金部件更接近匹配的钎焊组分，所述高温合金部件例如是燃气涡轮叶片和轮叶，该钎焊组分可以被重焊，而不会存在从焊接区的熔化流失，并能够抵抗在焊接界面或周边区域处的凝固裂纹。
发明内容
本发明的一些实施方式涉及钎焊合金组分，包括以重量计约60％～70％范围的CM247基材合金以及余量的BRB钎焊合金。在通过扩散钎焊将该组分应用于CM247合金的基底部件的情况下，在后续焊接修复中进行重焊时，这样的组分不会显著抗熔化(demelt)和流失。甚至在进行一个焊后固溶周期后，所述钎焊材料在所述焊接界面和周围区域处仍能抵抗凝固裂纹。
这里需要强调的是，不同的钎焊过程可以改善钎焊合金混合物MarM509A/MarM509B的性能，使其超过现有技术中使用这些材料进行钎焊通常体验的性能。
因此，本发明包括适合于改善高温合金部件的钎焊的物质组分和钎焊过程，其中，依据本发明的一些实施方式，钎焊区域可以进行钎焊后焊接修复，而不会带来明显的凝固裂纹，并且本发明还包括如此钎焊并之后通过焊接修复的高温合金部件。
在任意组合或子组合中，本领域的技术人员可以结合或分别应用本发明的特征。
附图说明
通过参考下述具体描述并连同附图，可以容易理解本发明的教导，其中：
图1：对依据本发明的一些实施方式进行的一些钎焊试验进行的表格列举；
图2：依据本发明的一些实施方式的典型的真空清洗炉周期；
图3：为钎焊试验制造的典型裂纹的显微照片；
图4：在通过调节活塞后的压缩空气迫使浆料通过应用针将浆料引入为钎焊试验制造的典型裂纹后该裂纹的显微照片，所述针头用于根据需要将所述浆体注入裂纹。所述浆料包括与钎焊合金混合在一起的液态粘结剂；
图5：本文中实施的一些钎焊试验所采用的钎焊周期，其表示了典型的钎焊周期，其中在逐渐上升到钎焊温度的过程中具有多个停止点，在钎焊温度处具有短暂停留，然后温度下降，并且保持以便合金扩散；
图6：50/50合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图7：60/40合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图8：70/30合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图9：50/50合金混合物MarM509A/B(蚀刻后)的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图10：60/40合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图11：70/30合金混合物MarM509A/B(蚀刻后)的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图12：重熔评估。完成钎焊炉周期后进行了固溶热处理周期后的显微照片，用来评估钎焊后可能的正常修复过程对钎焊的影响。描绘了三种MarM/A/B混合物(从左至右)，70/30、60/40、50/50；
图13：对按本发明的一些实施方式进行的一些钎焊试验进行的表格列举；
图14：为钎焊试验在试样上制造的裂纹的显微照片；
图15：在HF清洗前为钎焊试验在试样上制造的裂纹的显微照片；
图16：在FIC清洗和钎焊后为钎焊试验在试样上制造的裂纹的显微照片；
图17：合金应用。向裂纹引入浆料后的为钎焊试验制造的典型裂纹的显微照片，所述浆料的引入是通过调节活塞后的压缩空气迫使浆料通过应用针来实现的，根据需要所述应用针被用于将所述浆料作用到裂纹中。所述浆料包括与钎焊合金混合在一起的液态粘结剂；
图18：本文中一些实施方式所使用的典型的钎焊周期；
图19：60/40合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图20：70/30合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图21：80/20合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图22：60/40合金混合物CM247/BRB的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图23：70/30合金混合物CM247/BRB的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图24：80/20合金混合物CM247/BRB的在完成钎焊炉周期后的显微照片；
图25：60/40合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图26：70/30合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图27：80/20合金混合物MarM509A/B的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图28：60/40合金混合物CM247/BRB的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图29：70/30合金混合物CM247/BRB的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图30：80/20合金混合物CM247/BRB的在完成钎焊炉周期后的50x的显微照片；
图31：完成钎焊炉周期后经过固溶热处理周期(2250华氏度)后的立体图(perspecitve)和截面显微照片，以评估使用IN625填料材料在CM247基底上钎焊CM247/BRB后进行可能的正常修复过程对钎焊的影响；
图32：完成钎焊炉周期后经过固溶热处理周期(2250华氏度)的显微照片，以评估使用IN625填料材料在CM247基底上钎焊MarM509/A/B后进行可能的正常修复过程对钎焊的影响。在附图和说明书中，“MarM509”或“509”分别是对MarM509A或509A的简称；以及
图33：各种钎焊材料和混合物的机械性能试验结果。
具体实施方式
本文描述了改善高温修复钎焊组分和方法，其中一些实施方式实现了与基材金属相近的组分、机械和结构性能。在一些实施方式中，所述钎焊区域是随后可焊接的，而不会导致严重的性能劣化。在参考后面的具体描述后，本领域的技术人员可以清楚地认识到本发明的教导可以容易地用于多组分钎焊填料合金，所述多组分钎焊填料合金包括CM247合金、MarM509A、MarM509B和BRB钎焊合金的各种组成，这些钎焊合金适用于对例如CM247的镍基高温合金基底进行扩散钎焊，所述镍基高温合金基底常用于燃气涡轮叶片或轮叶。根据本发明的一些实施方式，基底/钎焊界面显示出对于随后的焊接修复而言是可修改的，而不会招致界面区域的钎焊合金的抗熔化和/或流失。所述焊接区域和周边区域能够抵抗产生凝固裂纹。在所述合金组分被钎焊到所述基底后，所述部件可以返回继续服务。因此，如果需要克服将来服务过程中的缺陷，所述部件保持可以通过焊接进行修复，而不是将部件废弃，并且作为所述焊接操作的结果，所述焊接修复后的部件具有降低的凝固裂纹的风险。这表现了对传统钎焊组分和方法的重要改进，在传统的钎焊组分和方法中，钎焊后的焊接通常会使结构性能劣化到部件不再适合正常使用的程度。
CM247
247合金是一种用于制造燃气涡轮部件的示例性材料，因此，在我们的说明中将是详细的，本文描述了用于修复247合金部件的特定配方和过程。然而，对于高温合金材料科学和高温合金部件修复领域的普通技术人员来说显而易见的是，本文所描述的组分和过程并不固有地局限定于247合金，而是可以有利地用于修复其他高温合金。
作为与合金247一起使用的钎焊填料合金，下述组分被认为是有利的，包括按重量计大约60％～70％的CM247合金和余量的BRB钎焊合金。所有的百分数都是重量百分比且均旨在为大致的，所引用数值的轻微偏离并不预期会给效果或性能带来显著的变化。更精确的应用范围可以通过常规试验来轻松确定。CM247具有如下典型组分(源自Huang和Koo，Mat.Transactions.45.562-568(2004)，为了全部目的，本文通过引用包含了其全部内容)：Ni(XNi)-C(XC)-Cr(XCr)-Co(XCo)-Al(XAl)-B(XB)-W(XW)-Mo(XMo)-Ta(XTa)-Ti(XTi)-Hf(XHf)-Zr(XZr)；
其中CM247合金中的重量百分比XZ大约如下式1。
式1.
C：XC＝0.07％
Cr：XCr＝8.1％
Co：XCo＝9.2％
Al：XAl＝5.6％
B：XB＝0.015％
W：XW＝9.5％
Mo：XMo＝0.5％
Ta：XTa＝3.2％
Ti：XTi＝0.7％
Hf：XHf＝1.4％
Zr：XZr＝0.015％
Ni：XNi＝(余量)
这些比例中的微小变化在正常商业使用范围内。例如，已知为MAR-M-247的商业CM247具有由供应商提供的式2中给出的组分。
式2.
C：XC＝0.15％
Cr：XCr＝8.4％
Co：XCo＝10.0％
Al：XAl＝5.5％
B：XB＝0.015％
W：XW＝10.0％
Mo：XMo＝0.7％
Ta：XTa＝3.0％
Ti：XTi＝1.0％
Hf：XHf＝1.5％
Zr：XZr＝0.05％
Ni：XNi＝(余量)
因此，从该数据的角度来看，我们这里使用的代表高温合金的CM247大约具有式3中所给出的下述范围。
CM247              式3.
C：XC＝0.07-0.15％
Cr：XCr＝8.1-8.4％
Co：XCo＝9.2-10.0％
Al：XAl＝5.5-5.6％
B：XB＝0.015％
W：XW＝9.5-10.0％
Mo：XMo＝0.5-0.7％
Ta：XTa＝3.0-3.2％
Ti：XTi＝0.7-1.0％
Hf：XHf＝1.4-1.5％
Zr：XZr＝0.015-0.05％Ni：XNi＝(余量)
本文报告的结果应用了AIMRO CM 247，其与文中描述的CM247基本相同。为了语言的简洁，这里我们使用“CM247”来代表组分基本在式3给出范围内的材料。
文中所获得的试验数据涉及定向凝固的CM 247(CM247DS)。然而，并不认为对单晶、多晶或其他形式的CM247的使用会对结果带来很大的影响。
BRB
BRB是一种镍基扩散钎焊合金，例如市场上可从Sulzer Metco获得的AmdryBRB。本文中所使用的BRB材料大致具有以下组分：
Ni(XNi)-Cr(XCr)-Co(XCo)-Al(XAl)-B(XB)，其中重量百分比XZ大致在如下范围：
BRB          式4.
Cr：XCr＝13.0～14.0％
Co：XCo＝9.0～10.0％
Al：XAl＝3.5～4.5％
B：XB＝2.25-2.75％
Ni：XNi＝(余量)
颗粒尺寸分布的标定范围为-150+45μm(微米)，目(ASTM)-100+325目。为了语言的简洁，我们这里使用“BRB”来代表组分基本在式4给出范围内的材料。
MarM509A/MarM509B
本文还描述了针对钴基高温合金的钎焊试验和改善的钎焊结果，所述钴基高温合金包括相对大量的铬和镍，商业上已知的商品名为MarM509(MarM509A，或简称“509A”)、MarM509B(“509B”)。本文所使用的特定的MarM509A/B材料从Sulzer Metco获得，商品名为Amdry MM509(509A)和Amdry MM509B(509B)。由供应商所提供的组分如下：
利用本文记载的结果进行了下述研究：根据本发明的一些实施方式使用所提出的钎焊组分的合金中的一些来修复合金247叶片基底上的裂纹，并随后焊接钎焊后的叶片。显而易见的是，这些结果证实了对现有技术中钎焊组分和方法的改进，从而使得通过钎焊使对已经进行服务后的高温合金部件的修复更加有效、更加便宜。
结果：使用CM247/BRB和MarM509A/MarM509B钎焊CM247DS基材。
根据本发明的一些实施方式可获得的改进被展现，这些实施方式在不同的过程条件下应用了CM247/BRB和MarM509A/MarM509B的不同混合物。为了使我们的讨论具体化，我们考虑对CM247基底材料进行钎焊，更具体地说，是对包括来自W501G发动机的由CM247DS铸件制成的服务运转排(service run row)1涡轮叶片的部件。这些示例旨在进行说明，而不是进行限制，因为本领域技术人员无需过多的试验就能够容易地将这些组分和方法适用于其他基底材料和/或部件。也就是说，这些试验是可获得效果的典型示例，而不是将本发明的范围限制到所公开的特定组分或过程条件。然而，涡轮叶片的这个特定示例，其本身具有相当的实用性和商业重要性。
本文所描述的试验分不同轮次进行，包括：不同的钎焊基材合金与一种钎焊合金的多种混合物、不同的钎焊炉周期、以及不同的基底制备方法。
若干标准被用来评价这些试验的结果：
1.钎焊的总体视觉外观；
2.对界面、裂纹填充和孔隙率的金相学评估；
3.在钎焊后的固溶热处理周期中所述钎焊的重熔；
4.钎焊后的可焊性；
5.机械试验，包括表面硬度、UTS(极限抗拉强度)、屈服和伸长率。
示例A：MarM509A/MarM509B(“MarM509A/B”)混合物
“MarM509A/B”表示具有大体上分别如式5A和式5B中所给的组分的509A和509B的材料的混合物。
示例A.I：表面制备。
为了该试验，将两种表面制备的方法结合起来。对所述区域进行机械清洗，使用混有硬质合金的工具来形成一个大约0.050”(英寸)宽、0.050”深的一个模拟裂纹。图3示出了一个典型的示例。在机械清洗并形成模拟裂纹后，叶片材料按照图2中给出的过程进行真空清洗炉周期(vacuum cleaning furrnacecycle)。
示例A.II：合金的应用。
对单个基材和单个钎焊合金的三种不同混合物进行了试验。在所有的这些情形中，所述钎焊合金是MarM509B(“509B”)，所述基材是MarM509A(“509A”)。所述基材按照50/50、60/40、70/30的509A/509B重量比与钎焊合金进行混合，然后与液态粘结剂混合形成浆料，所述液态粘结剂的量按体积占大约10％～15％。所述浆料被装到塑料筒中，所述塑料筒利用在活塞后的被调节的压缩空气迫使所述浆料通过应用针，所述应用针用于根据需要将浆料引入所述裂纹。可以根据需要对钎焊附近的基材材料应用阻流(stop off)来确保所述合金不流到想要修复的区域的外面。图4示出了应用合金的裂纹填充步骤的典型结果。
示例A-III：钎焊周期
在本示例A中所用的钎焊周期表示了一个典型的钎焊周期，该钎焊周期在逐渐升温至钎焊温度中具有多个停止点，在钎焊温度处短暂停留后降低一定温度并具有保持时间段，以使合金扩散。图5示出了一个典型的周期。重要的是要注意：2200华氏度是在这些示例A中对MarM509A/B所使用的所有钎焊周期中应用的最高温度。
示例A-IV：结果。
本文报告了来自七个试验的结果，在图1中标为示例A-04至示例A-10。
A-IV(i)钎焊后的视觉评估。
在完成钎焊炉周期后进行视觉检查。MarM509A/B(图1中的示例A-04、A-05、A-06)的结果如下所示：
图6是由50/50合金混合物所获得结果的显微照片。该50/50合金混合物显现出灼热(即，接近或超过其熔点)，并且可能具有在钎焊边缘周围的轻微的底切，但是从该显微照片还不能对此完全确定。
图7是由60/40合金混合物所获得结果的显微照片。该60/40合金混合物显现出具有一个相当平滑的外观，并且在边缘处明显地显示出连续的流动。
图8是由70/30合金混合物所获得结果的显微照片。该70/30合金混合物明显地显示了流动不畅，从而导致在钎焊边缘有明显的过渡区。
A-IV(ii)金相学评估
金相学评估是在放大50倍后针对流动、界面质量、孔隙率和其它缺陷进行的。MarM509A/B(图1中的示例A-04、A-05、A-06)的结果如下所示：
图9是所述50/50钎焊混合物的金相学结果。该显微照片显然表明了到基材材料的良好流动，从而提供了从钎焊修复区域的平滑过渡。该界面显现出基本可以接受，除了有一点灼热迹象。修复处试验区域的孔隙率低于1％。
图10是所述60/40钎焊混合物的金相学结果。该显微照片显然表明到基材材料的良好流动，从而提供了从钎焊修复区域的平滑过渡。该界面显现出很完美，并且修复处试验区域的孔隙率低于1％。
图11是所述70/30钎焊混合物的金相学结果。该显微照片显然表明到基材材料的流动不畅，与钎焊合金(blaze alloy)形成鲜明的对比。界面似乎是基本上可以接受，但是孔隙率却相当高，由于缺乏足够的合金流动而产生了大量的空洞。
A-IV(iii)重熔评估
在本示例-A中考虑的三种不同的混合物，MarM509A/B(图1中的示例-04，-05，-06)在钎焊完成后经历典型的固溶热处理周期，以确定如果所述部件在如此钎焊后再经历正常的修复过程是否可能会影响所述钎焊合金。通过将固溶热处理后合金的高度与钎焊过程后但固溶热处理前的合金高度进行比较来计算重熔百分比。对于50/50(MarM509A/B)观察到超过100％的重熔。合金重回其液态并且流出工件，导致了低于原始表面的水平高度的凹陷。对于60/40(MarM509A/B)，观察到约50％的合金高度损失。对于70/30(MarM509A/B)，观察到约30％的合金高度损失。图12提供了这些结果的显微照片。
A-IV(iv)：钎焊后焊接评估
由于所述重熔试验的失败，所以对于这些钎焊试样没有进行焊接评估。
A-IV(v)：机械性能评估
由于所述重熔试验的失败，所以对这些试样没有进行机械试验。
示例B：CM247/BRB混合物
“CM247/BRB”表示CM247和BRB材料的混合物，其分别具有大体上如式3和式4中所给的组分。
结合钎焊和扩散周期进行了额外的钎焊试验，所述周期进行了与用于基材材料热处理周期相同的时间和温度。所述试验包括一个钎焊周期、一种表面制备方法，其中两种基本合金利用两种不同的钎焊合金的三种不同程度来混合。
示例B-I：表面制备
利用机械清洗方法来制备钎焊表面，使用混有硬质合金的工具来获得大约0.050”(英寸)宽、0.050”深的模拟裂纹。在机械清洗操作后不进行真空清洗炉周期。使用HF气体用氟离子清洗(FIC)炉来清洗一个叶片，以准备用于钎焊的表面。图14、15、16示出了表面制备过程中各个阶段下的典型叶片。
示例B-II：合金应用
准备并试验了两种基材和钎焊合金的三种不同的混合物：(MarM-509A基材/MarM-509B钎焊)和(CM247/BRB)。
MarM-509A(“509A”)基材与钎焊合金MarM-509B(“509B”)以60/40、70/30、80/20(以重量计)的比例进行混合。之后这些混合物与液态粘结剂结合形成浆料，所述液态粘结剂的量占10％～15％(按体积计)。
CM247基材与BRB钎焊合金以CM247/BRB(按重量计)60/40、70/30、80/20的比例进行混合。之后这些混合物与液态粘结剂结合形成浆料，所述液态粘结剂的量占10％～15％(按体积计)。这样，六种浆料被准备和试验。
每个浆料都被装到塑料筒中，所述塑料筒具有在活塞后的受调节的压缩空气以迫使所述浆料通过应用针，所述应用针根据需要将浆料引入所述裂纹。可以根据需要对钎焊附近的基材材料应用阻流(stop off)，来确保所述合金不流到想要修复的区域的外面。图17示出了在应用合金步骤后的典型叶片。
示例B-III：钎焊周期
如图18中所示，所用的钎焊周期被选择成具有与标准固溶热处理周期相同的时间和温度。
示例B-IV：结果
本文报告了20次试验的结果，被示出为图13中示例B14至示例B-39。
B-IV(i)：钎焊后的视觉评估
在进行了结合的钎焊和图18的扩散炉周期后，进行视觉检查。关于MarM509A/B(示例B-29、B-30、B-31)的结果如下所示：
图19是60/40合金混合物所获得结果的显微照片。该混合物出现了灼热，所述合金从钎焊区域大量流出。
图20是70/30合金混合物所获得结果的显微照片。该混合物具有优良的光滑外观，在边缘处具有良好的连续流动。
图21是80/20合金混合物所获得结果的显微照片。该混合物有轻微的流动不畅，但从钎焊边缘的一些对比看来还可以被接受。
对CM247/BRB(示例B-14、B-15、B-16)的视觉检查结果如下：
图22是用60/40合金混合物获得结果的显微照片。该混合物看起来灼热严重，所述合金从钎焊区域大量流出。
图23是用70/30合金混合物获得结果的显微照片。这种混合物在边缘处具有良好的平滑外观，具有一些从修复区域流出的合金。
图24是用80/20合金混合物获得结果的显微照片。这种混合物在钎焊边缘具有光滑的外观，存在轻微的流动不畅的外观，但可能是可以接受的外观。
B-IV(ii)：金相学评估
以50X放大率对流动性、界面质量、孔隙率及其它缺陷进行了金相学评估。MarM509A/B(示例B-29、B-30、B-31)的结果如下所示：
图25是用60/40钎焊混合物获得结果的显微照片。该显微照片明显表明到基材材料的良好流动，从而提供了从钎焊合金的平滑过渡。该界面显现得基本可以接受，除了有一点灼热迹象。孔隙率与铸造材料相似，低于修复区域的试验体积的大约1％。
图26是用70/30钎焊混合物获得结果的显微照片。该显微照片显示出到基材材料的优良流动，从而提供了从边缘的平滑过渡。界面很完美。孔隙度与铸件材料相似，低于所述修复区域的测量体积的大约1％。在应用所述合金期间，钎焊的右侧边缘明显缺失，没有填充。
图27是用80/20钎焊混合物获得结果的显微照片。该显微照片显示出到基材材料的流动不畅，在边缘处具有与该区域的强烈对比，实际界面还可以被接受，但是流动性的缺乏带来了大量的空洞，使孔隙度超过了通常可以接受的极限。
CM247/BRB(示例B-14、B-15、B-16)的结果如下所示：
图28是用60/40钎焊混合物获得的结果的显微照片。该显微照片明显地显示出到基材材料的良好流动，从而提供了从钎焊修复区域的平滑过渡。界面似乎也是可以接受的，但是存在一点灼热迹象。孔隙度与所述铸件材料相近，低于修复区域的测量体积的大约1％。
图29是用70/30钎焊混合物所获得的结果显微照片。该显微照片显示出到基材材料的优秀流动，从而提供了从所述钎焊修复区域的平滑过渡。该界面完美。孔隙度与所述铸件材料相似，低于修复区域的测量体积的大约1％。
图30是用80/20钎焊混合物所获得的结果的显微照片。该显微照片显示出向基材材料的流动不畅，在边缘处存在强烈对比。实际界面还可以被接受，但是流动性的缺失带来大量的空洞，使孔隙度超过了通常可以接受的极限。
示例B-IV(iii)：重熔评估
MarM509A/B的三种不同的混合物在初始钎焊完成后经历固溶热处理周期(2270华氏度)，从而确定在将来正常的修复过程中所述钎焊是否会受到影响。通过将固溶热处理周期后焊缝的高度与钎焊后合金的焊缝高度进行比较来计算从重熔百分比。
60/40重熔评估：观察到合金高度100％损失(全部重熔)。
70/30重熔评估：观察到约10％的合金高度损失。
80/20重熔评估：没有观察到合金高度丢失。
重要的是要注意：该重熔评估表现出超过示例A-IV(iii)中关于70/30和80/20组成讨论的重熔的明显改进。我们将其归因为：与示例-A中使用的钎焊温度和时间相比，示例-B使用了总体更高的钎焊温度和时间。从图18中我们可以看出，示例-B的组分被保持在2270华氏度(±12华氏度)达240-255分钟。而示例-A中，所述组分被保持在2200华氏度(±10华氏度)达40分钟，保持在2050华氏度(±10华氏度)达270分钟(图5)。因此，我们总结出，不同的时间、温度方案对于509A/509B钎焊组分的钎焊接合的性能具有重要影响，并且509A/509B的比例小于约70/30是不可取的。
CM247/BRB的三种不同混合物在完成初次钎焊后经历固溶热处理周期(2270华氏度)，从而确定在将来正常的修复过程中所述钎焊是否会受到影响。通过将固溶热处理周期后焊缝的高度与钎焊后合金的焊缝高度进行比较来计算从重熔百分比。
60/40重熔评估：观察到合金高度100％损失(全部重熔)。
70/30重熔评估：观察到约10％的合金高度损失。
80/20重熔评估：没有观察到合金高度损失。
总之，60/40显示出良好的流动性、沉积和机械性能，但是与70/30和80/20相比欠缺良好的重熔特性。如果钎焊组分被应用且将要经历超过大约2270度的任何再加热，那么使用70/30混合物将显示出优势。
示例B-IV(iv)：钎焊后焊接评估
对CM247/BRB(示例B-24)进行了评估，以观察使用填料材料IN625进行钎焊后焊接修复的效果。该试验在焊后固溶周期后完成。然而，没有进行时效热处理。在界面或附近区域没有观察到裂纹，并且进行所述作业的焊工报告称所述焊接看起来与所述基材合金的焊接相似。见图31。
对MarM509/A/B(示例B-39)进行了评估，以观察使用填料材料IN625进行钎焊后焊接修复的效果。该试验在焊后固溶周期后完成。然而，没有进行时效热处理。在界面或附近区域没有观察到裂纹，并且进行所述作业的焊工报告称所述焊接看起来与所述基材合金的焊接相似。见图32。因此，基于下述试验和/或观察，70/30混合物被认为是有利的。
流动性(填充裂缝或裂纹的能力)
重熔
重焊
硬度
拉伸试验
机械试验
示例B-IV(vi)：机械试验
通过完成机械试验来比较两种合金的硬度、拉伸强度、屈服和伸长率，所述合金包括各种混合物，针对基材材料和带有IN625焊接修复的基材材料。所述试验由俄亥俄州辛辛那提的Mecut Research Inc.按照图33中所示的过程完成。每种类型的6个试样被进行试验，并且该6个试样的平均值在图33中公开，包括基材材料(样品45)和进行了IN625焊接修复的基材材料(样品46)。
总结
表面制备
机械清洗提供了钎焊和基材合金之间的优秀的钎焊表面和界面。用于示例A的机械真空清洗过程提供了等同的界面，然而其并不比单独使用机械清洗过程更好。使用额外的炉周期没有带来明显的好处。在使用碳化物毛刷去除材料的最上层对表面进行机械制备后，对示例B进行了处理。机械试验试样同样也采用相同的方法进行制备，所述方法还表明了所述过程的可接受性。FIC清洁过程提供了一个更好的可见的合金润湿性，并且在实验室检查阶段，明显观察到非常轻微的界面改善。然而，进行的所有的机械试验都一致显示出拉伸强度损失了大约4％～5％。
钎焊合金选择和应用
混合有BRB钎焊材料的CM247基材合金一贯的获得了本文所观察到的最好的试验结果。对于视觉流动性和界面质量来说，CM247和MarM509A基材合金粉末获得了基本相同的结果。然而，当混合有相同量的钎焊合金时，CM247通常稍微更自由地流动。CM247合金通常比具有相同混合物的MarM509合金提供了13％～15％的更好的拉伸强度，以及在2.0％屈服点更高且更一致的应变率。当与IN625填料材料一起焊接时，CM247和MarM509钎焊提供了基本相同的视觉结果。然而，努力使修复区域的化学组分与原始基材材料尽可能接近通常是更好的实践(即，混合物中基材合金的比例更高)。
对孔隙度、裂纹填充、钎焊后固溶周期重熔和拉伸强度而言，CM247基材粉末与BRB钎焊合金的70/30混合物提供了较好的结果。同样观察到：具有CM247基材合金的钎焊伸长率通常优于MarM509合金。但是，从所述60/40混合物提高到70/30的混合物，所述伸长率的数值通常会降低。
使用70/30混合物的重熔评估似乎是可以接受的，因为在后续的修复周期中，在后续固溶处理期间只是稍有迹象表明合金转变为液态(10％高度损失)。
钎焊周期
以较低钎焊周期温度(2200华氏度)进行的所有钎焊周期都经历了完全失败的重熔试验，即使将更多的基材材料合金加入到混合物中也是如此。在第二个(B)试验中所应用的更高的钎焊周期温度在重熔评估中提供了改进的结果。
采用更高温度的钎焊周期的优势是，在不需要额外热处理周期的情况下(这将增加修复过程的费用，并且可能会对基材材料的性能带来未知的影响)，使得焊接修复之前或之后进行钎焊存在可能，所述更高温度的钎焊周期的效果相当于对基材材料进行标准的固溶热处理周期。
尽管本文已经示出和描述了结合本发明教导的多个实施方式，但是本领域的技术人员能够容易地设计出同样包括这些教导的许多其他改变的实施方式。本发明不将其应用局限到示例性的实施方式，所述示例性的实施方式的构成以及部件的设置已经在说明书中进行阐述或在附图中进行图示。本发明能够以其他实施方式并且可以各种方式进行实践或实现。同样，应该理解的是，本文所使用的措辞和术语是为了说明的目的，不应被视为限制。本文中所使用的“包括”、“包含”或“具有”和它们的变形的意思是包括随后列出的项目和它们的等同物以及附加的项目。

Claims (20)

1.一种用于对镍基高温合金涡轮部件进行钎焊修复的材料，包括CM247/BRB混合物，其中CM247基材合金的范围按重量计从大约60％到70％，余量包括BRB钎焊合金。
2.如权利要求1所述的材料，其中，所述镍基高温合金涡轮部件包括CM247。
3.如权利要求1所述的材料，其中，所述镍基高温合金部件为涡轮轮叶或叶片。
4.如权利要求1所述的材料，其中，所述CM247/BRB混合物包括按重量计大约80％的CM247基材合金，并且余量包括BRB钎焊合金，其中使用所述材料进行钎焊的部件在钎焊过程中不经受超过约2270华氏度的温度。
5.如权利要求4所述的材料，其中，所述镍基高温合金涡轮部件包括CM247。
6.如权利要求4所述的材料，其中，所述镍基高温合金部件为涡轮轮叶或叶片。
7.一种用于对镍基高温合金部件进行钎焊的方法，包括：
将要进行钎焊的镍基高温合金部件和钎焊材料放入钎焊炉中，适当设置以便通过加热进行期望的钎焊过程；以及
以每分钟约28华氏度的速度提高炉温到1800华氏度正负约25华氏度的范围内；以及
降低所述炉中的压力至低于约0.005托，并且保持稳定；以及
在保持压力不大于约0.005托的同时，以不大于每分钟约10华氏度的速度提高炉温至2270华氏度正负约12华氏度的范围内，并且保持在该温度持续约240至255分钟，用于组合的钎焊和扩散周期时间；以及
在不超过约3分钟的时间内将炉温真空冷却至1975华氏度正负约25华氏度的范围内；以及
通过使用惰性气体反向吹扫来快速冷却至室温；以及
其中，所述钎焊材料包括CM247/BRB混合物，其中CM247基材合金的范围按重量计从大约60％至70％，并且余量包括BRB钎焊合金。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述镍基高温合金涡轮部件包括CM247。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述镍基高温合金部件为涡轮轮叶或叶片。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括通过钎焊后焊接对所述高温合金部件再修复，以及标明所述高温合金部件适合于继续服务。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述镍基高温合金涡轮部件包括CM247。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述镍基高温合金部件为涡轮轮叶或叶片。
13.如权利要求7所述的方法，进一步包括对所述高温合金部件进行钎焊后热处理，以及标明所述高温合金部件适合于继续服务。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述镍基高温合金涡轮部件包括CM247。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述镍基高温合金部件为涡轮轮叶或叶片。
16.一种包括镍基高温合金部件的制品，其中所述镍基高温合金部件将其一部分通过使用钎焊材料进行钎焊来修复，其中所述钎焊材料包括CM247基材合金和BRB钎焊合金的混合物，其中所述CM247基材合金的范围按重量计从大约60％到大约70％，余量包括所述BRB钎焊合金。
17.如权利要求16所述的制品，其中，所述镍基高温合金涡轮部件包括CM247。
18.如权利要求16所述的制品，其中，所述镍基高温合金部件为涡轮轮叶或叶片。
19.如权利要求16所述的制品，其中，所述镍基高温合金部件将其一部分通过钎焊后焊接来进行再修复，并且适合于继续服务。
20.一种如权利要求16所述的制品，其中，所述镍基高温合金部件被钎焊后热处理，并且适合于继续服务。
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