RU2560483C1 - Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type - Google Patents

Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type Download PDF

Info

Publication number
RU2560483C1
RU2560483C1 RU2014143654/02A RU2014143654A RU2560483C1 RU 2560483 C1 RU2560483 C1 RU 2560483C1 RU 2014143654/02 A RU2014143654/02 A RU 2014143654/02A RU 2014143654 A RU2014143654 A RU 2014143654A RU 2560483 C1 RU2560483 C1 RU 2560483C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
solder
alloys
heat
aluminum
Prior art date
Application number
RU2014143654/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Владимир Иванович Лукин
Александр Николаевич Афанасьев-Ходыкин
Виталий Сергеевич Рыльников
Алексей Филиппович Черкасов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2014143654/02A priority Critical patent/RU2560483C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2560483C1 publication Critical patent/RU2560483C1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: nickel-based solder contains the following on wt %: chrome 8.0-15.0; boron 2.0-3.5; aluminium 3.0-5.0; niobium 3.0-5.0; cobalt 12.0-17.5; titanium 1.5-3.7; nickel - the rest. The solder can be used to solder deformed and intermetallic nickel heat-resistant alloys with soldering temperature 1220°C maximum.
EFFECT: strength of soldered joints is ensured at level 0,8 of strength of the connected materials.
2 cl, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин газотурбинных двигателей (ГТД).The invention relates to the field of engineering, namely to nickel-based solders, which can be used in the manufacture of soldered parts of the hot path of turbines of gas turbine engines (GTE).

При производстве ГТД для соединения лопаток с диском применяют механическое замковое соединение. Однако в процессе работы на данное механическое соединение воздействуют значительные статические и динамические нагрузки. В результате чего для обеспечения необходимого уровня надежности механического замкового соединения диск-лопатка сечение лопатки в поперечном сечении и соответственно диска превышает сечение рабочей части пера лопатки в несколько раз. Что приводит к снижению коэффициента использования материала (КИМ), повышению трудоемкости изготовления и значительному увеличению массы изделия в целом. Использование неразъемных высокопрочных паяных соединений диск-лопатка позволит снизить трудоемкость изготовления конструкции типа «блиск» и снизит массу изделия до 30% [«Особенности технологии диффузионной пайки жаропрочного сплава ЭП975 и литейного монокристаллического интерметаллидного сплава ВКНА-4У применительно к конструкции «блиск», Сварочное производство 2013 г. №7, стр. 19-25.]. Однако для получения конструкции типа «блиск» необходима разработка припоя, обеспечивающего высокую прочность паяных соединений разноименных сплавов.In the production of gas turbine engines, a mechanical locking connection is used to connect the blades to the disk. However, in the process of work on this mechanical connection is affected by significant static and dynamic loads. As a result, to ensure the required level of reliability of the mechanical locking connection, the disk-blade section of the blade in the cross section and, accordingly, of the disk exceeds the cross section of the working part of the blade blade by several times. This leads to a decrease in the material utilization factor (CMM), an increase in the complexity of manufacturing, and a significant increase in the mass of the product as a whole. The use of inseparable high-strength soldered disk-vane joints will reduce the laboriousness of manufacturing a Blisk type structure and reduce the weight of the product by up to 30% ["Features of diffusion brazing technology of heat-resistant alloy EP975 and casting single-crystal intermetallic alloy VKNA-4U as applied to Blisk design, Welding production 2013, No. 7, pp. 19-25.]. However, to obtain a “blisk” type construction, it is necessary to develop a solder that provides high strength of soldered joints of unlike alloys.

Известен припой на основе никеля (см. публикацию международной заявки WO 96/37335, опубл. 27.08.2004 г.), имеющий следующий химический состав в мас.%:Known solder based on Nickel (see the publication of international application WO 96/37335, publ. 08/27/2004), having the following chemical composition in wt.%:

ХромChromium 9,5-16,69.5-16.6 ЖелезоIron 0-5,40-5,4 БорBoron 1,24-1,471.24-1.47 КремнийSilicon 5,6-8,35.6-8.3 МолибденMolybdenum 0-8,90-8.9 НикельNickel остальноеrest

Недостатками этого припоя являются невысокий уровень жаропрочности соединений дисковых жаропрочных никелевых сплавов с жаропрочными интерметаллидными никель алюминиевыми сплавами при температурах до 850°C и повышенная эрозионная активность интерметаллидного никель алюминиевого сплава.The disadvantages of this solder are the low level of heat resistance of the joints of disk heat-resistant nickel alloys with heat-resistant intermetallic nickel-aluminum alloys at temperatures up to 850 ° C and increased erosion activity of the intermetallic nickel-aluminum alloy.

Из уровня техники (патент РФ №2283742, опубл. 20.09.2006 г.) известен припой на основе никеля для пайки жаропрочных интерметаллидных никель алюминиевых сплавов следующего состава в мас.%:From the prior art (RF patent No. 2283742, publ. September 20, 2006), nickel-based solder for brazing heat-resistant intermetallic nickel aluminum alloys of the following composition in wt.% Is known:

ХромChromium 25,0-32,025.0-32.0 ЖелезоIron 0,06-0,50.06-0.5 КремнийSilicon 0,05-0,30.05-0.3 ВольфрамTungsten 1,0-2,51.0-2.5 МолибденMolybdenum 0,05-0,60.05-0.6 АлюминийAluminum 7,5-9,07.5-9.0 КобальтCobalt 0,1-1,00.1-1.0 ТитанTitanium 0,6-1,50.6-1.5 НикельNickel остальноеrest

Данный припой обеспечивает высокие значения жаропрочности этих сплавов, но имеет температуру пайки около 1280°C. Температура пайки дисковых жаропрочных никелевых сплавов не может превышать 1220°C из-за роста зерен деформируемого сплава и поэтому не может быть использован для пайки вышеуказанных разноименных сочетаний.This solder provides high heat resistance values for these alloys, but has a soldering temperature of about 1280 ° C. The soldering temperature of disk heat-resistant nickel alloys cannot exceed 1220 ° C due to the growth of grains of the deformable alloy and therefore cannot be used for soldering the above unlike combinations.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (патент РФ №2334606, опубл. 27.09.2008 г.), является припой следующего состава, мас.%:The closest analogue taken as a prototype (RF patent No. 2334606, publ. 09/27/2008), is the solder of the following composition, wt.%:

ХромChromium 7,0-9,57.0-9.5 ЖелезоIron 0,4-1,70.4-1.7 БорBoron 2,3-3,32,3-3,3 КремнийSilicon 0,3-0,70.3-0.7 ВольфрамTungsten 8,0-11,58.0-11.5 УглеродCarbon 0,05-0,150.05-0.15 АлюминийAluminum 1,1-2,81.1-2.8 МолибденMolybdenum 1,1-2,51.1-2.5 НиобийNiobium 0,8-2,50.8-2.5 КобальтCobalt 8,0-11,08.0-11.0 НикельNickel остальноеrest

Недостатком припоя, известного из прототипа является невысокий уровень жаропрочности соединений дисковых жаропрочных никелевых сплавов с жаропрочными интерметаллидными никель алюминиевыми сплавами при температурах до 850°C. Кроме того, недостатками являются невозможность повышения жаропрочности соединений диффузионной пайкой при увеличении продолжительности выдержки при пайке из-за образования тугоплавких соединений, в основном силицидов вольфрама и молибдена посредине паяного шва, и чрезмерное проникновение компонентов припоя по границам зерен жаропрочных дисковых никелевых сплавов.The disadvantage of the solder known from the prototype is the low level of heat resistance of the joints of disk heat-resistant nickel alloys with heat-resistant intermetallic nickel aluminum alloys at temperatures up to 850 ° C. In addition, the disadvantages are the impossibility of increasing the heat resistance of compounds by diffusion soldering with an increase in the holding time during soldering due to the formation of refractory compounds, mainly tungsten and molybdenum silicides in the middle of the brazed joint, and the excessive penetration of solder components along the grain boundaries of heat-resistant disk nickel alloys.

Техническая задача изобретения состояла в повышении значений жаропрочности соединений дисковых жаропрочных никелевых сплавов с жаропрочными интерметаллидными никель алюминиевыми сплавами при температурах до 850°C, включая возможность применения диффузионной пайки. Кроме того, температура пайки этим припоем не должна превышать 1220°C.The technical task of the invention was to increase the heat resistance of the joints of disk heat-resistant nickel alloys with heat-resistant intermetallic nickel-aluminum alloys at temperatures up to 850 ° C, including the possibility of diffusion brazing. In addition, the temperature of brazing with this solder should not exceed 1220 ° C.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка состава припоя для пайки деформируемых и интерметаллидных никелевых жаропрочных сплавов в разноименном сочетании с температурой пайки не выше 1220°C, обеспечивающая прочность паяных соединений на уровне 0,8 от прочности соединяемых материалов.The technical result of the present invention is the development of a solder composition for brazing deformable and intermetallic nickel heat-resistant alloys in an unlike combination with a brazing temperature of not higher than 1220 ° C, ensuring the strength of soldered joints at a level of 0.8 of the strength of the materials being joined.

Поставленный технический результат достигается тем, что предложен припой на никелевой основе, содержащий хром, бор, алюминий, ниобий, кобальт отличающийся тем, что дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов в мас.%:The technical result achieved is achieved by the fact that a nickel-based solder containing chromium, boron, aluminum, niobium, cobalt is proposed, characterized in that it additionally contains titanium in the following ratio of components in wt.%:

ХромChromium 8,0-15,08.0-15.0 БорBoron 2,0-3,52.0-3.5 АлюминийAluminum 3,0-5,03.0-5.0 НиобийNiobium 3,0-5,03.0-5.0 КобальтCobalt 12,0-17,512.0-17.5 ТитанTitanium 1,5-3,71,5-3,7 НикельNickel остальноеrest

Предпочтительно, суммарное содержание алюминия и титана составляет 4,5-8,7 мас.%.Preferably, the total content of aluminum and titanium is 4.5-8.7 wt.%.

Введение дополнительного компонента в сплав - титана в заявленном соотношении с другими компонентами обеспечивает высокие значения жаропрочности соединений дисковых жаропрочных никелевых сплавов с жаропрочными интерметаллидными никель алюминиевыми сплавами при температурах до 850°C. Также повышению жаропрочности способствует повышение суммарного содержания алюминия и титана (4,5-8,7% масс.), а повышенное содержание кобальта снижает склонность припоя к хрупкому разрушению. Исключение из состава припоя молибдена и вольфрама обеспечило снижение температуры пайки до 1220°C. Исключение кремния из состава припоя позволило исключить из структуры паяного шва трудно рассасываемые силицидные эвтектические составляющие, что повысило прочность паяных соединений при диффузионном отверждении припоя.The introduction of an additional component in the titanium alloy in the stated ratio with other components provides high heat resistance of the joints of disk heat-resistant nickel alloys with heat-resistant intermetallic nickel-aluminum alloys at temperatures up to 850 ° C. An increase in heat resistance is also facilitated by an increase in the total content of aluminum and titanium (4.5–8.7% by weight), and an increased content of cobalt reduces the tendency of solder to brittle fracture. The exclusion of molybdenum and tungsten from the composition of the solder ensured a decrease in the soldering temperature to 1220 ° C. The exclusion of silicon from the composition of the solder made it possible to exclude difficultly absorbable silicide eutectic components from the structure of the soldered seam, which increased the strength of soldered joints during diffusion curing of the solder.

Примеры осуществления.Examples of implementation.

Выплавка предлагаемого припоя, как и припоя, известного из прототипа, производилась в протоке аргона на установке ЛП32-67М. Масса полученных слитков припоев составляла по 80 г. каждый. После выплавки слитки подвергались обточке на токарном станке для снятия литейной корки. Для удобства использования слитки припоев были размолоты до размера частиц не более 400 мкм с использованием планетарной мельницы. После размола порошки припоев были подвергнуты магнитной сепарации для удаления частиц припоев, загрязненных железом с мелящих тел. В таблице 1 представлены составы предлагаемых припоев (примеры 1-3) и припоя, известного из прототипа.Smelting of the proposed solder, as well as the solder known from the prototype, was carried out in an argon flow at the LP32-67M installation. The mass of the obtained solder ingots was 80 g each. After smelting, the ingots were turned on a lathe to remove the casting peel. For ease of use, the solder ingots were ground to a particle size of not more than 400 microns using a planetary mill. After grinding, the solder powders were subjected to magnetic separation to remove solder particles contaminated with iron from grinding bodies. Table 1 presents the compositions of the proposed solders (examples 1-3) and solder, known from the prototype.

Figure 00000001
Figure 00000001

Пайка проводилась при нагреве в вакуумной печи при температуре 1200°C. Вакуум в процессе выдержки составлял не менее 5·10-4 мм рт.ст. Навеска каждого припоя в виде кусочков закреплялась вблизи зазора. Выдержка при пайке составляла 180 минут.Soldering was carried out by heating in a vacuum oven at a temperature of 1200 ° C. The vacuum during the exposure was at least 5 · 10 -4 mm Hg. A portion of each solder in the form of pieces was fixed near the gap. The soldering time was 180 minutes.

Жаропрочность стыковых паяных соединений определялась на образцах разноименных соединений из сплавов ЭП975 и ВКНА-25. Цилиндрические образцы каждого сплава диаметром 16 мм и высотой 36 мм паялись торцевыми поверхностями таким образом, чтобы на паяном образце шов находился в средней части образца, располагался перпендикулярно оси образца. В каждом паяном образце шов являлся границей между двумя сплавами. Образцы для испытаний протачивались из паяной цилиндрической заготовки диаметром 16 мм длиной 72 мм. Диаметр рабочей части образца составлял 5 мм из образцов двух сплавов.The heat resistance of butt brazed joints was determined on samples of unlike compounds from EP975 and VKNA-25 alloys. Cylindrical samples of each alloy with a diameter of 16 mm and a height of 36 mm were soldered by the end surfaces in such a way that the seam on the soldered sample was in the middle part of the sample, located perpendicular to the axis of the sample. In each soldered specimen, the seam was the boundary between two alloys. Test samples were machined from a brazed cylindrical billet with a diameter of 16 mm and a length of 72 mm. The diameter of the working part of the sample was 5 mm from samples of two alloys.

Свойства предлагаемого припоя и выполненных этим припоем соединений в сравнении со свойствами прототипа представлены в таблице 2.The properties of the proposed solder and made by this solder compounds in comparison with the properties of the prototype are presented in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Температура работы дискового сплава ЭП975 не должна превышать 850°C, поэтому эта температура выбрана для испытаний соединений из разноименных сплавов. Kосл. п.с. - это коэффициент ослабления паяного стыкового соединения, равный отношению прочности паяного шва к прочности основного материала, в данном случае прочности сплава ЭП975.The operating temperature of the EP975 disk alloy should not exceed 850 ° C; therefore, this temperature was chosen for testing compounds from unlike alloys. K ass ps is the attenuation coefficient of the brazed butt joint, equal to the ratio of the strength of the brazed joint to the strength of the base material, in this case, the strength of the EP975 alloy.

По данным таблицы 2 видно, что предлагаемый припой обеспечивает жаропрочность стыковых паяных разноименных соединений из сплавов ЭП975 и ВКНА-25 больше, чем у сплава, известного из прототипа. Прочность стыковых соединений, выполненных предлагаемым припоем, примерно в 4 раза выше, чем у соединений, выполненных припоем, известным из прототипа.According to table 2, it is seen that the proposed solder provides the heat resistance of butt brazed unlike compounds from EP975 and VKNA-25 alloys more than that of the alloy known from the prototype. The strength of the butt joints made by the proposed solder is about 4 times higher than that of the joints made by the solder known from the prototype.

Применение предлагаемого припоя при пайке деталей горячего тракта ГТД позволит существенно повысить надежность паяных соединений таких перспективных конструкций, как «блиск» (лопатки соединены с диском при помощи неразъемных соединений), и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения ресурса ГТД.The use of the proposed solder when soldering parts of the hot gas turbine engine path will significantly increase the reliability of soldered joints of such promising structures as “blisk” (the blades are connected to the disk using one-piece joints) and provide a significant economic effect from increasing the gas turbine engine resource.

Claims (2)

1. Припой на основе никеля, содержащий хром, бор, алюминий, ниобий и кобальт, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан при следующем соотношении компонентов в мас. %:
Хром 8,0-15,0 Бор 2,0-3,5 Алюминий 3,0-5,0 Ниобий 3,0-5,0 Кобальт 12,0-17,5 Титан 1,5-3,7 Никель остальное
1. Solder based on Nickel, containing chromium, boron, aluminum, niobium and cobalt, characterized in that it additionally contains titanium in the following ratio of components in wt. %:
Chromium 8.0-15.0 Boron 2.0-3.5 Aluminum 3.0-5.0 Niobium 3.0-5.0 Cobalt 12.0-17.5 Titanium 1,5-3,7 Nickel rest
2. Припой на основе никеля по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание алюминия и титана составляет 4,5-8,7 мас.%. 2. Nickel-based solder according to claim 1, characterized in that the total content of aluminum and titanium is 4.5-8.7 wt.%.
RU2014143654/02A 2014-10-29 2014-10-29 Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type RU2560483C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014143654/02A RU2560483C1 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014143654/02A RU2560483C1 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2560483C1 true RU2560483C1 (en) 2015-08-20

Family

ID=53880664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014143654/02A RU2560483C1 (en) 2014-10-29 2014-10-29 Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2560483C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5240491A (en) * 1991-07-08 1993-08-31 General Electric Company Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles
EP0800889A1 (en) * 1996-04-09 1997-10-15 General Electric Company Nickel-base braze material
RU2278011C1 (en) * 2004-11-16 2006-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Nickel base solder
RU2334606C1 (en) * 2006-12-05 2008-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Nickel-based solder
RU2452600C1 (en) * 2011-06-22 2012-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Nickel-based solder

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5240491A (en) * 1991-07-08 1993-08-31 General Electric Company Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles
EP0800889A1 (en) * 1996-04-09 1997-10-15 General Electric Company Nickel-base braze material
RU2278011C1 (en) * 2004-11-16 2006-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Nickel base solder
RU2334606C1 (en) * 2006-12-05 2008-09-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Nickel-based solder
RU2452600C1 (en) * 2011-06-22 2012-06-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Nickel-based solder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109420862B (en) Powder brazing filler metal for nickel-based single crystal superalloy connection and preparation method and application thereof
US5240491A (en) Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles
JP6328398B2 (en) High strength titanium alloy with excellent oxidation resistance and compressor parts using the same
WO2014142089A1 (en) HEAT-RESISTANT Ni-BASED ALLOY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
JPWO2006059805A1 (en) Heat resistant superalloy
EP1818132A2 (en) Braze alloy compositions
KR102042109B1 (en) Ni-ti-cr near ternary eutectic alloy for gas turbine component repair
CN103358050B (en) Ni base alloy welding material and use the welding wire of this material, welding rod and welding powder
US9802278B2 (en) Low melting point braze alloy for high temperature applications
CN106112308A (en) A kind of nickel-based solder containing Cr, B, Co, W, Mo, Re, Ta and application thereof
US8524149B2 (en) Nickel base wrought alloy
US10947162B2 (en) Braze alloys for joining or repairing ceramic matrix composite (CMC) components
CN105458548B (en) A kind of cored solder and its preparation method and application of high temperature alloy thin-wall construction
JPWO2019107502A1 (en) Hot forging molds and methods for manufacturing forged products
US20070158398A1 (en) Process of brazing superalloy components
CN105793448A (en) Gamma/gamma' hardened cobalt-based superalloy, powder and component
RU2560483C1 (en) Nickel-based solder to manufacture structure of blisk type
RU2334606C1 (en) Nickel-based solder
JP5843718B2 (en) Ni-base welding material and dissimilar material welding turbine rotor
JP2007508149A (en) Method of welding metal parts
RU2335386C2 (en) Solder on nickel base
RU2590792C1 (en) Heat resistant nickel alloy for production of items by method of pellet metallurgy
RU2600785C1 (en) Titanium-based solder for soldering alloy based on niobium intermetallide
Miglietti et al. High Strength, Ductile Braze Repairs for Stationary Gas Turbine Components: Part 1
UA127057C2 (en) SOLDER FOR SOLDERING OF BRAZED NICKEL ALLOYS OF MARINE GAS TURBINES