CN112410617B - 一种镍合金焊丝及其制备方法 - Google Patents

一种镍合金焊丝及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112410617B
CN112410617B CN202011289090.2A CN202011289090A CN112410617B CN 112410617 B CN112410617 B CN 112410617B CN 202011289090 A CN202011289090 A CN 202011289090A CN 112410617 B CN112410617 B CN 112410617B
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding wire
nickel alloy
welding
alloy welding
ceramic shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011289090.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112410617A (zh
Inventor
储长青
张兵
储江浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Danyang Runze New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Danyang Runze New Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Danyang Runze New Material Technology Co ltd filed Critical Danyang Runze New Material Technology Co ltd
Priority to CN202011289090.2A priority Critical patent/CN112410617B/zh
Publication of CN112410617A publication Critical patent/CN112410617A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112410617B publication Critical patent/CN112410617B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B23K35/304—Ni as the principal constituent with Cr as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/40—Making wire or rods for soldering or welding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

本发明涉及镍合金材料技术领域，尤其涉及一种镍合金焊丝及其制备方法。我国现有的焊丝中高温性能优良的镍基高温合金焊丝较少，镍合金的强度和耐高温裂纹性能有待于进一步提高。基于上述问题，本发明提供一种镍合金焊丝及其制备方法，其元素成分中除了含量Ni、Cr、Mo等成分外还含有少量的Sn元素，本发明通过合理的控制Al/Ti、Mn/Si的配比，合理的选择稀土元素成分，并添加少量熔点低、沸点较高的Sn元素，可以有效防止镍合金在高温熔焊过程中出现裂纹，镍合金焊丝熔焊后焊缝的力学强度、耐腐蚀性和高温寿命得到大大提高。

Description

一种镍合金焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及镍合金材料技术领域，尤其涉及一种镍合金焊丝及其制备方法。
背景技术
镍基高温合金具有优良的高温性能，但高温合金中含有较高焊料的W、Mo等高熔点元素，熔焊过程中易形成裂纹，可焊性差。我国现有的焊丝中高温性能优良的镍基高温合金焊丝较少。若降低镍合金元素成分中的W、Mo等增加裂纹敏感性的元素，提高Cr、Co等增加合金塑性和降低裂纹敏感性的元素，虽然可以在一定程度上改善了镍合金焊接过程中出现裂纹的情况，但是W、Mo减少势必会降低镍合金强度和耐腐蚀性，Cr的增加会对镍合金的CTE和延展性造成一定的危害，而Co的增加会大大提高镍合金的制造成本。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是：我国现有的焊丝中高温性能优良的镍基高温合金焊丝较少，镍合金的强度和耐高温裂纹性能有待于进一步提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种镍合金焊丝，其元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000011
Figure BDA0002783323360000021
具体地，所述Re为Y、Ce、Er、Cs、La等常用的稀土元素中的一种或几种。
具体地，所述Al/Ti质量比为2-5:1。
具体地，所述Mn/Si的质量比为6-8:1。
具体地，所述的镍合金焊丝元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000022
Figure BDA0002783323360000031
具体地，Re为Y、Ce的混合物，Y与Ce的质量比为2:1。
具体地，所述的镍合金焊丝按照以下方法制备：
(1)按照镍合金焊丝的化学成分配料，采用真空感应炉熔炼出母合金锭；
(2)将母合金锭采用定向凝固炉熔化，将熔化的母合金熔体浇注在氧化铝陶瓷型壳中，注满后，将陶瓷型壳以一定速度从炉中抽拉进入室温真空室内，实现焊丝的定向凝固；
(3)将凝固冷却的陶瓷型壳破碎，取出焊丝，焊丝在无心磨上去除氧化皮，即获得镍合金焊丝。
具体地，步骤(1)中所述熔炼过程为：先升温至1550-1600℃保温1min，然后升温至1500-1550℃保温10min，再升温至1300-1400℃保温10min，1400-1450℃浇注。
具体地，步骤(2)中所述熔化温度为1500-1600℃，熔化后的母合金液注入氧化铝陶瓷型壳。
具体地，步骤(3)中所述氧化铝陶瓷型壳内部分布100-200个直径1.1-2.1mm的圆柱形空腔。
具体地，步骤(4)中所述将陶瓷型壳抽拉过程，控制抽拉速度为5-8mm/min，以保证焊丝的成型性。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的镍基高温合金焊丝具有优异的高温焊接性能，在1000℃进行熔焊，焊接接头中不存在裂纹，可有效避免高温使役条件下产生失效；
(2)本发明通过合理的控制Al/Ti、Mn/Si的配比，合理的选择稀土元素成分，并添加少量熔点低、沸点较高的Sn元素，可以有效防止镍合金在高温熔焊过程中出现裂纹，镍合金焊丝熔焊后焊缝的力学强度、耐腐蚀性和高温寿命得到大大提高；
(3)本发明发现在焊丝成分中添加稀土成分可以有效提高镍合金的力学性能，当稀土Re成分为Y、Ce的混合物且Y与Ce的质量比为2:1时，焊缝区抗拉强度可达到K4951合金的95％以上。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明以下实施例和对比例的镍合金焊丝按照以下方法制备：
(1)按照镍合金焊丝的化学成分配料，采用真空感应炉熔炼出母合金锭，熔炼过程为：先升温至1550-1600℃保温1min，然后升温至1500-1550℃保温10min，再升温至1300-1400℃保温10min，1400-1450℃浇注；
(2)将母合金锭采用定向凝固炉熔化，熔化温度为1500-1600℃，将熔化的母合金熔体浇注在氧化铝陶瓷型壳中，氧化铝陶瓷型壳内部分布100-200个直径1.1-2.1mm的圆柱形空腔，注满后，将陶瓷型壳以一定速度从炉中抽拉进入室温真空室内实现焊丝的定向凝固，陶瓷型壳抽拉过程，控制抽拉速度为5-8mm/min，以保证焊丝的成型性；
(3)将凝固冷却的陶瓷型壳破碎，取出焊丝，焊丝在无心磨上去除氧化皮，即获得直径为1-2mm的镍合金焊丝。
本发明以下实施例和对比例的镍合金焊丝的焊接方法：焊接前，将固溶态镍基高温合金K4951的样品，使用800号砂纸打磨待焊接面，在丙酮中超声波清洗15min以去除待焊样品表面油污，将焊丝置于待焊母材之间，用夹具固定后，在样品外表涂抹阻流剂氧化铝粉防止熔化焊过程中焊料流失，焊接时，采用焊接电流为20-25A，电压为10V，并进行时效处理。
实施例1
镍合金焊丝元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000051
Re为Y、Ce的混合物，Y与Ce的质量比为2:1。
按照上述合金元素成分制备镍合金焊丝，将焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的97％，1000℃/66MPa持久寿命为115h。
实施例2
镍合金焊丝，其特征在于，其元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000061
Re为Er、Ce的混合物，Er与Ce的质量比为1:2。
按照上述合金元素成分制备镍合金焊丝，将焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的90％，1000℃/66MPa持久寿命为120h。
实施例3
镍合金焊丝，其特征在于，其元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000062
Figure BDA0002783323360000071
Re为Cs、Ce的混合物，Cs与Ce的质量比为1:2。
按照上述合金元素成分制备镍合金焊丝，将焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的92％，1000℃/66MPa持久寿命为123h。
实施例4
镍合金焊丝，其特征在于，其元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000072
Figure BDA0002783323360000081
Re为La、Ce的混合物，La与Ce的质量比为1:2。按照上述合金元素成分制备镍合金焊丝，将焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的93％，1000℃/66MPa持久寿命为115h。
实施例5
镍合金焊丝，其特征在于，其元素成分以质量百分比计包括以下成分：
Figure BDA0002783323360000082
Figure BDA0002783323360000091
Re为Y、Ce的混合物，Y与Cs的质量比为2:1。按照上述合金元素成分制备镍合金焊丝，将焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的95％，1000℃/66MPa持久寿命为110h。
对比例1同实施例1，不同之处在于：Ti的质量百分含量为0.2％；其所制备焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的97％，1000℃/66MPa持久寿命为105h。
对比例2同实施例1，不同之处在于：Al的质量百分含量为1％；其所制备焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的60％，1000℃/66MPa持久寿命为80h。
对比例3同实施例1，不同之处在于：Si的质量百分含量为0.2％；其所制备焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的53％，1000℃/66MPa持久寿命为65h。
对比例4同实施例1，不同之处在于：Y与Ce的质量比为5:1，其所制备焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的95％，1000℃/66MPa持久寿命为105h。
对比例5同实施例1，不同之处在于：Y与Ce的质量比为1:2；其所制备焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的95％，1000℃/66MPa持久寿命为100h。
对比例6同实施例1，不同之处在于：未添加Sn；其所制备焊丝熔化焊连接后，连接接头内无晶界，焊接接头未出现裂纹，焊缝区抗拉强度为K4951合金的85％，1000℃/66MPa持久寿命为120h。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种镍合金焊丝，其特征在于，其元素成分以质量百分比计由以下成分组成：
Cr 19%-23%
Mo 15%-17%
W 3%-4.4%
Mn ≤1.0%
Si ≤0.08%
Fe 3%-5%
Al 0.1%-0.5%
Ti 0.05%-0.25%
Mg 0.01%-0.02%
RE 0.4%-0.5%
Sn 0.5%-1.0%
Cu ≤0.5%
C ≤0.01%
S元素和P元素总量 ≤0.02%
Ni 余量；
所述Al/Ti质量比为2-5:1；
所述RE为Y、Ce的混合物，Y与Ce的质量比为2:1；
所述Mn/Si的质量比为6-8:1；
所述的镍合金焊丝按照以下方法制备：
（1）按照镍合金焊丝的化学成分配料，采用真空感应炉熔炼出母合金锭；
（2）将母合金锭采用定向凝固炉熔化，将熔化的母合金熔体浇注在氧化铝陶瓷型壳中，注满后，将陶瓷型壳以一定速度从炉中抽拉进入室温真空室内，实现焊丝的定向凝固；
（3）将凝固冷却的陶瓷型壳破碎，取出焊丝，焊丝在无心磨上去除氧化皮，即获得镍合金焊丝；
所述步骤（3）中所述氧化铝陶瓷型壳内部分布100-200个直径1.1-2.1mm的圆柱形空腔；
所述步骤（4）中所述将陶瓷型壳抽拉过程，控制抽拉速度为5-8mm/min，以保证焊丝的成型性。
2.根据权利要求1所述的镍合金焊丝，其特征在于，其元素成分以质量百分比计由以下成分组成：
Cr 21%
Mo 15.8%
W 3.8%
Mn 0.5%
Si 0.08%
Fe 3.5%
Al 0.2%
Ti 0.1%
Mg 0.02%
RE 0.46%
Cu 0.35%
C 0.01%
Sn 0.8%
S元素 ≤0.01%
P元素 ≤0.002%
Ni 余量。
3.根据权利要求1所述的镍合金焊丝，其特征在于：步骤（1）中所述熔炼过程为：先升温至1550-1600℃保温1min，然后升温至1500-1550℃保温10min，再升温至1300-1400℃保温10min，1400-1450℃浇注。
4.根据权利要求1所述的镍合金焊丝，其特征在于：步骤（2）中所述熔化温度为1500-1600℃，熔化后的母合金液注入氧化铝陶瓷型壳。
CN202011289090.2A 2020-11-17 2020-11-17 一种镍合金焊丝及其制备方法 Active CN112410617B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011289090.2A CN112410617B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种镍合金焊丝及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011289090.2A CN112410617B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种镍合金焊丝及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112410617A CN112410617A (zh) 2021-02-26
CN112410617B true CN112410617B (zh) 2022-04-12

Family

ID=74831948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011289090.2A Active CN112410617B (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种镍合金焊丝及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112410617B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS594995A (ja) * 1982-06-30 1984-01-11 Nittan Valve Kk 含窒素耐熱鋼肉盛用Ｎｉ基合金
EP1005946A1 (fr) * 1998-12-01 2000-06-07 Ugine-Savoie Imphy Electrode de soudage en alliage base nickel et alliage correspondant
CN105189030A (zh) * 2014-04-11 2015-12-23 福田金属箔粉工业株式会社 耐蚀性优异的镍钎料
CN106363313A (zh) * 2016-09-19 2017-02-01 四川大学 焊芯中添加稀土元素的超低温钢用镍基焊条及其制备方法
CN110904355A (zh) * 2019-12-10 2020-03-24 中国科学院金属研究所 一种含有Sn和Bi的无铅镍基焊料的冶炼工艺
CN111318835A (zh) * 2020-04-03 2020-06-23 中国科学院金属研究所 一种高温合金熔化焊用镍基合金焊丝及其制备方法和应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS594995A (ja) * 1982-06-30 1984-01-11 Nittan Valve Kk 含窒素耐熱鋼肉盛用Ｎｉ基合金
EP1005946A1 (fr) * 1998-12-01 2000-06-07 Ugine-Savoie Imphy Electrode de soudage en alliage base nickel et alliage correspondant
CN105189030A (zh) * 2014-04-11 2015-12-23 福田金属箔粉工业株式会社 耐蚀性优异的镍钎料
CN106363313A (zh) * 2016-09-19 2017-02-01 四川大学 焊芯中添加稀土元素的超低温钢用镍基焊条及其制备方法
CN110904355A (zh) * 2019-12-10 2020-03-24 中国科学院金属研究所 一种含有Sn和Bi的无铅镍基焊料的冶炼工艺
CN111318835A (zh) * 2020-04-03 2020-06-23 中国科学院金属研究所 一种高温合金熔化焊用镍基合金焊丝及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112410617A (zh) 2021-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5715399B2 (ja) 電気・電子部品用銅合金材
KR101127000B1 (ko) 전자 재료용 구리 합금 및 그 제조 방법
JP4916264B2 (ja) ヒュージング溶接用電極
WO2008061406A1 (fr) Métal d'apport de brasage à l'argent sans cadmium
CN114055012A (zh) 一种含有稀土元素的多元铜基合金钎料、制备方法及其钎焊方法
KR20160127114A (ko) NiIr기 내열 합금 및 그 제조 방법
CN112626375A (zh) 一种新型石油阀杆用镍基材料的制备方法
CN112410617B (zh) 一种镍合金焊丝及其制备方法
EP3299113A1 (en) Solder alloy and package structure using same
JP3625262B2 (ja) 高温耐酸化性および熱間加工性に優れた点火プラグ用電極材料
CN109926750B (zh) 一种低温无铅焊料合金及其真空铸造方法
JP2010188421A (ja) 溶接充填材
CN114669907B (zh) 一种含Zr的多元镍基钎料、制备方法及其钎焊方法
JP4368343B2 (ja) 歯科陶材焼付用銀パラジウム合金
JP2003138334A (ja) 高温耐酸化性及び高温延性に優れたＮｉ基合金
JP4293580B2 (ja) 金型用コルソン系合金及びその製造方法
JPH11179588A (ja) ステンレス鋼ろう付用ろう
JP4202626B2 (ja) 冷間加工性およびロウ付け後の疲労強度に優れたメガネフレーム用チタン合金
EP3246421B1 (en) Tin based solder alloy and package structure using same
JP2002302727A (ja) 導電用耐熱アルミニウム合金線及びその製造方法
JP3563311B2 (ja) 抵抗溶接用銅合金電極材料及びその製造方法
CN114310030B (zh) 一种可热处理的抗裂高韧性焊条
JPS6216750B2 (zh)
JP2523677B2 (ja) 低熱膨張リ―ドフレ―ム材料
JP3404278B2 (ja) 焼鈍割れ性を改善したＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅基合金

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant