JPS58159988A - 拡散接合インサ−ト材及び拡散接合方法 - Google Patents

拡散接合インサ−ト材及び拡散接合方法

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JPS58159988A
JPS58159988A JP4263782A JP4263782A JPS58159988A JP S58159988 A JPS58159988 A JP S58159988A JP 4263782 A JP4263782 A JP 4263782A JP 4263782 A JP4263782 A JP 4263782A JP S58159988 A JPS58159988 A JP S58159988A
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JP
Japan
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insert material
diffusion bonding
alloys
heat
bonding
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Application number
JP4263782A
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Teruo Hirane
平根 輝夫
Tetsuo Minemura
峰村 哲郎
Shogo Morimoto
森本 庄吾
Toshimi Sasaki
佐々木 敏美
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B23K35/004Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of a metal of the iron group
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/16Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating with interposition of special material to facilitate connection of the parts, e.g. material for absorbing or producing gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は1熱超合金、例えばr′析出相強を鳳N1基等
の耐熱超合金、の液相拡散接合インサート材及びそれを
用いた拡散接合方法に係り、%に接合界面の脆化−生成
を防止し、接合強度を向上させるに好適な拡散接合イン
サート材及びそれを用いた拡散接合方法に関する。
現在、複−な内作を有する高温ガスタービン翼の製造に
あたり、中子を用いず、翼内孔は鋳出しにより形成させ
るように分割して精密鋳造し、その後接合により一体化
させて翼に内孔を形成せしめる方法が有望視されている
。ガスタービン翼材料は通常γ′析出相によp強化され
るNi基などの耐熱超合金であり、接合法としては拡散
接合法が一般に適用されている。しかし、この種の材料
ではインサート材を用いない接合においては、被接合面
に高い加工精度が要求され、且つ、高圧力・高温拡散を
必要とする。高圧力・高温下の接合は被接合材が変形さ
れやすく、又設備費も高価となり好ましくない。
従って、緻近、インサート材を用いた接合法が研究され
、適切なインサート材を用いることにより、低い圧力で
しかも短時間で、良好に接合することが9匪となった。
この方法の代表的なインサート材としては、被接合母材
より融点が低く、且つ、成分的に被接合母材と同等のも
のが究明されている。このようなインサート材を用いた
接合方法は、インサート材の融点以上に真空中等で加熱
して、インサート材を一時的に融解させて接合を行なわ
しめ、蝋終的に母材とほぼ同等の組織を接合sVc得よ
うとするものである。従って、インサート材には、母材
よcm点を下げる丸めに、実質的に拡散の速い融点降下
元素を含有させており、このaIの従来発明には米国特
許第3632319号と111183678570号と
がある。しかしながら、これらの発明では、接合部の境
界面近傍の酸化及び接合部付近のAt、’l’iの不足
等によるγ′相の欠乏等、種々の問題があり、接合強度
等の面から信!− 親柱を欠くという欠点があった。従って、従来の   
  ^インサート材又はそれによる接合方法では、接合
強度等に高い信頼性が要求されるガスタービン翼等の接
合には満足なものとは首えず、被接合母材に匹敵する接
合強度が得られるようなインサート材及び接合方法が強
くfflまれてい九。
本発明者らは、このような実情に鑑み、高い接合強度が
得られる拡散−合インサート材及び拡散接合方法を提供
するべく鋭意検討を重ねえ結果、インサート材に水素及
びその他0411定の元素を含有させることにより、極
めて優れ九インサート材が得られ、良好な接合を行なう
ことができること倉見い出し本発明に到遅し丸。
即ち、本発明は、耐熱超合金の接合にあたり、接合境界
及びその近傍に接合強度の低下原因となっている酸化物
の生成及び金属組織上の不完全さを解消し、接合部[を
改善することができる拡散接合インサート材及び拡散接
合方法を提供することを目的とし、この目的は、耐熱超
合金を拡散接合によプ接合する際に、該合金量に介在さ
せるインサート材であって、組成が骸合金又は該合金の
主要成分の組成と同等で、α02〜&Om”/Hの水素
を含有し、さらに硼SZS〜6.0重量%及び/又は硅
素α5〜&O重量%を含有する、非晶質リボンからなる
ことを特徴とする耐熱超合金の拡散接合インサート材、
及び、耐熱超合金を拡散接合によam合する方法におい
て、鉄合金間に、mFltが鋏合金又は該合金の主1に
成分の組成と同等で、0.02〜5.0cIR” /g
の水素を含有し、さらに硼素25〜aO重量%及び/又
は硅素0.5〜&0重量%を含有する。非晶質リボンか
らなるインナート材を介在させて加熱加圧することKよ
って接合することを特徴とする耐熱超合金の拡散接合方
法、Kよって容易に達成される。
以下、本発明につき、詳細に説明する。
本発明のインサート材は、接合すべき耐熱照合*tp組
成又はその主要組成と同等で、さらKこnK加えて、特
定量の硼素及び/又は硅素を富有する。ms及び硅素は
、耐熱超合金、特にN1fiの合金において、N1と共
晶をつくる如く、被接合母材でありgLってインサート
材の素材の基盤となる耐熱超合金の融点を大きく降下し
得る元素であり、また、両元素はNiベース下で拡散が
速い。
従って、これら元素を含有したインサート材は液相拡散
接合に対し磯aを十分に発揮することができる。しかし
て、硼素及び硅素の含有量は、各々、25〜6.0重量
%及びα5〜&0重量%である。
硼素及び硅素がこれらの含有量より小なるときには、後
述のインサート材の非晶質化が期待で龜す、また、大な
るときには母材へ浸入した一翼及び硅素量が、多過ぎて
母材の蝙性を低下させること、及びインサート材の溶融
点が下り過ぎて拡散上不利になる。
本発明のインサート材は、さらに411足量の水素を含
有する。一般に、耐熱超合金、なかでもr′析出相強化
微耐熱超合金、はAt又はTi′f:多麓に含有するた
め、接合に当九り、被接合面が酸化され易く、多かれ少
なかれ、接合面に安定な酸化物を残留させ、これが接合
強度を低下させる原因となっている。インサート材にA
t及びTiを富有させ九場合にはとくにその傾向が著し
い。−収K、被接合面の酸化は、接合a[O上昇ととも
に進行するが、この軽減化の丸めには接合雰囲気の具!
![t−相当高めなければならな9゜従って、不発@(
おいては、インサート材に水素を含有させ、高墨の接合
m匿下においてインサート材から水素ガスを放出させ、
このガスにより被接合一を保護し、酸化を防止するので
ある。また、この際、放出される水素の麓如何によって
は、被接合面を還元清浄化することもできる。不発明に
おいて、水素の含有量はα02〜5.0c1n”/gで
ある。含有量が上記@囲より少ない場合には、被接合面
の十分な保護効果が達成されず、また上記範囲より多い
場合にはインサート材の強度が低下して破損し易くなる
ため有利ではない。水St−含有させる方法としては、
実質的に電気分解による方法ヤ金属水素化物のように化
合させる方法が適当である。
%に非晶値リボンのものは結晶質のものに較べ、原子空
孔が大きいので上記方法によって容易に水嵩を吸収する
ことができる。
本発明のインサート材は、このような組成を有    
    ・。
するものを、好ましくは肉厚50μ以下の、非晶質化さ
せたリボンとする。リボンの肉厚は特に5〜20μ程置
が拡散上有利であるが、非晶質のものであれは、容易に
この程度の極薄リボンとすることが可能である。ま九、
耐熱超合金においては、非晶質リボンの強度の方が、結
晶質のもOK比べて約3倍程匿大きく、任意形状の型打
抜きの際、破損し―いという利点がある0本良明の如き
組成のインサート材を非晶質化するKは、溶湯の超急冷
凝固法が最も効果的である。
本発明では、水素ガスによる被接合一の酸化防止及び還
元清浄化をさらに強力に行なわしめる丸めに、前記の非
晶質リボンに金属水嵩化物を被覆するのが有利である。
被債方法としては、バインダーを塗つ九リボンを粉末状
の金属水嵩化物中に沈降させ九盪、*り出し、ロール等
で一定厚みに成形する方法、あるいは金属水嵩化物をペ
ースト状にしてからのちリボンに塗り付けて成形する方
法等が適当である。なお、用いる金属水嵩化物の融点は
、リボンの融点と同一か、−シ〈は接近していることが
好ましいが、被覆厚さが、小なる場合には、特に問題は
ない。被覆する金属水嵩化物の水嵩含有1は10〜40
0cm”/gが適当である。水素化物の成分金属として
は、NiベースのTi及び/又はA4合金糸が好ましい
が、単体金属のTi、Nb、Zr4でも十分効果を発揮
することができる。
本発明の拡散接合方法は、上述の如きインサート材を、
被接合材、例えば、ガスタービン部材等に使用するr′
析出相強化WNi基等の耐熱超合金の間に介在させるこ
と以外は通常の方法で加熱加圧して接合するものである
。接合雰囲気は、真空下、アルゴン、窒素、ヘリウム、
水素等の保−g囲気とする。インサート材成分と被接合
母材との相互拡散時間は、インサート材の厚さに大きく
依存しており、インサート材の厚さの選定は大切である
。同−接合時開では、薄いインサート材はインサート材
成分の母材への拡散が極めて速いが、厚いものでは拡散
がわずかに進行するにすぎない。
従って、本発明でのインサート材の厚さは前述のように
50μ以下とする。
以下、本発明t−実施例によりさらに詳細に説明するが
、本発明Vよその要旨を超えない限り、以下の実施例に
よシ限定されるものではない。
実施例1 本発明の方法を被接合母材、即ち、精密鋳造製Ni基耐
熱超合金(Cr116重量%、CoH8mt%、W;1
5重量%e M O$2 ]1[量%、Ta;1.5重
量%、At及び’rt;a、+重量%、残部Ni)の直
径12■、長さ4S■の丸棒状試験片に採用した。イン
サート材は上記耐熱超合金と類似の組成に硼素1に12
重量%及び硅素t−25重瀘%含有させたもので、この
素材t−躊湯の超急冷法によって15μ厚非晶質リボン
とし、ついで、電気分解法により水素を全体でZ3cI
R”/gt有させた。その後、このリボンを被接合材間
に介在させて、H1表に示す条件F、  2 X 10
−sTorr以上で接合処理した。接合後、溶体化一時
効の熱低塩を施し、平行線直径6閣のTPを採取して、
高温引張性質を調べて接合性を°従来法と比較し九。
第1表にその結果を示す。こO!Iより明らかなように
、本発明によれば、従来法より、諸性質特に伸び率が大
きく、本発明の優れ九接合効果が確認され九。
・: 実施ガ2 実施例1で示したインサート材に水素含有量400 c
m” / gの水素化Tiを植機して第1図に示す如き
精密−造製モデル属(母材は実施例1と同様)関に介装
し、5 X 1 G−”I’orr以上の真空下で接合
し友。なお、水素化T1は微粒粉末で、これにアルコー
ルを混ぜてペースト状とし、非晶簀リボンに塗り付けて
ロールで成形した。接合は1175Cで12i1間行っ
た後、さらに1150Cで10w#間拡散処理した。こ
のようにして製造した合体モデル翼の接合状態をみるた
めに、接合品を細断してミクロ組織をllfした。その
結果、接合界EmKは酸化物等の異物はほとんど−めら
れず、且つ、この近傍の組織、とくVCγ′析出相、結
晶粒とも母材並みの分布を呈しており、実用翼に対して
十分本発明の効果が発揮できることの確認を得た。
なお、上記実施例はNi基耐熱超合金のみの場合を示し
九が、本発明は他の耐熱超合金例えばCo基、Fe基あ
るいはそれらの複合材料についても適用できることは言
うまでもない。
本発明のインサート材及びそれを用いた拡散接合方法に
よれば、接合界面の處化物生成を防止し、高い接合強度
で、拡散接合を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用し九そデル翼の接合状態の概略を
示す部分見取り図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、耐熱超合金を拡散接合により接合する際K、該合金
    間に介在させるインサート材であって、組成が該合金又
    は該合金の主要成分の組成と同等で、0.02〜5.0
    crn” / gの水素を含有し、さらに硼素2−5〜
    6.0重量%及び/又は硅素0.5〜&O重量%を含有
    する、非晶質リボンからなることを特徴とする耐熱超合
    金の拡散接合インサート材。 2、特許請求の範囲第1項に記載の拡散接合インサート
    材において、該インサート材が水素含有緻10〜400
    cm”/gの金属水素化物で被覆されていることを特徴
    とする拡散接合インサート材。 3、特許請求の範囲第1項又#i第2項に記載の拡散接
    合インサート材において、該合金がr′析出相強化型耐
    熱超合金であること’it:*黴とfる拡散接合インサ
    ート材。 4、%許請求の範囲第3項に記載の拡散接合インサート
    材において、咳合金がr′析出相強化型Ni基耐熱超合
    金であることを特徴とする拡散接合インサート材。 5、%許請求の範i!l謳1項ないし第4項のいずれか
    一つに記載の拡散接合インサート材において、該非晶質
    リボンが肉厚50μ以下であることt−特徴とする拡散
    fI!8インサート材。 6、特許請求の範8IIs項に記載の拡散接合インサー
    ト材において、該非晶質リボンが肉厚5〜20μである
    ことf:41!黴とする拡散接合インサート材。 7、耐熱超合金を拡散接合により接合する方法において
    、該合金間に、組成が咳合金又は該合金の主要成分の組
    成と同等で、α02〜5. Oart” / gの水素
    を含有し、さらに硼素25〜&O重量嘘び/又は硅素0
    .5〜aO重量%を含有する、非晶質リボンからなるイ
    ンサート材を介在させて加熱加圧することKよって接合
    することを特徴とする耐熱超合金の拡散接合方法。
JP4263782A 1982-03-19 1982-03-19 拡散接合インサ−ト材及び拡散接合方法 Pending JPS58159988A (ja)

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Cited By (4)

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