含鎢高溫合金是指用於服役較高溫度環(huán)境的含鎢合金,如GH4037合金、GH4049合金、GH4098合金、GH5188合金等,廣泛應(yīng)用於航空、航太、艦船、發(fā)電、動力、機車以及石油和化工等領(lǐng)域,可製作噴氣發(fā)動機中的渦輪葉片及其他高溫承力件。
由於金屬鎢較難熔化,含鎢高溫合金中容易出現(xiàn)鎢夾雜。鎢夾雜會引起應(yīng)力集中,並成為交變載荷下的疲勞源,嚴(yán)重影響航空發(fā)動機渦輪葉片、箍段和箍套等零件的使用可靠性。因此,分析含鎢高溫合金中鎢夾雜的形成原因,對提高合金產(chǎn)品品質(zhì)有重要的意義。
以GH4049合金(W的品質(zhì)分?jǐn)?shù)為5.0%~7.0%,在高達(dá)950℃的溫度下仍具有高強度)為例,GH4049合金中鎢夾雜物形貌極其不規(guī)則,與基體存在類似於裂紋的間隙,夾雜內(nèi)部存在黑色圓點。進一步能譜分析可知,該夾雜物主要成分為鎢和少量的鈰,黑點主要成分為鈰。高溫合金中金屬鎢夾雜的形成原因有:
一是真空感應(yīng)爐熔煉含鎢較高的高溫合金時,高熔點的鎢可能未完全熔化而殘留於合金中,形成鎢夾雜。因此為防止鎢夾雜的形成,真空感應(yīng)熔煉含鎢較高的高溫合金時,冶煉用的鎢是以Ni-W中間合金的形式加入,並且選用足夠的熔化時間,熔煉時不會產(chǎn)生鎢夾雜。
二是真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔工藝熔煉時,若電極棒採用手工焊接進行接長,電極棒焊接的焊縫容易粘結(jié)鎢極,產(chǎn)生鎢夾雜。多年來,國內(nèi)用於高溫合金電極棒焊接的方法有鎢極氬弧焊和等離子弧焊兩種:
氬弧焊所用鎢極是探出焊槍噴嘴之外,操作不慎將導(dǎo)致熔化的鎢極粘結(jié)在焊縫位置;另外,氬氣噴嘴的陶瓷管內(nèi)壁會有鎢極的“積存物”,加大氬氣流量可能把“積存物”吹落到焊縫之中,因而形成鎢夾雜。
結(jié)構(gòu)不合理的等離子弧焊槍,導(dǎo)致等離子焊機設(shè)備沒有形成真正意義的等離子弧,加熱能力下降,如果使用大電流,鎢極容易出現(xiàn)熔化現(xiàn)象,並且電流越大,熔化的可能性越大,高溫合金電極在焊接過程中出現(xiàn)鎢夾雜的幾率也越大。