2Cr13末級葉片釬焊司太立合金片釬焊合理性

陳 嘯，趙龍飛，王碧童，李興東

(1.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046;2.四川大學)

2Cr13鋼是馬氏體型不銹鋼，有較好的室溫綜合性能、良好的減振性能，主要用于制造汽輪機低壓級葉片。但由于汽輪機的低壓部分在含有水滴的濕蒸汽中工作，故此就產生了由濕蒸汽水滴引起的葉片侵蝕問題。尤其是低壓末級葉片，由于濕蒸汽溫度高，且圓周速度大，所以更易于產生水蝕。而司太立合金具有極高的硬度，耐磨及耐液體沖蝕性能、焊接性能良好，故在末級葉片釬焊司太立合金片能有效的減少葉片的水蝕水刷問題。本文著重研究釬焊司太立合金工藝的合理性。

1 試驗材料與試驗方法

試驗材料選用2Cr13鋼、司太立合金和焊料315。采用耐弛差熱分析儀測試焊料315的熔融溫度、采用DIL805快速相變儀測試2Cr13鋼的相變點、采用MTS材料試驗機測試釬焊焊料315結合力、采用HQY－300kN高頻振動疲勞試驗機測試2Cr13鋼缺口敏感性。

2 試驗結果與分析

2.1 釬焊處理工藝溫度范圍

2.1.1 釬焊焊料315熔融溫度測試

差熱分析是在程序控制溫度下測定物質和參比物之間的溫度差和溫度關系的一種技術［1］。差熱分析法常用來測定物質的熔化、金屬與合金的相變溫度。釬焊焊料315的測試結果見圖1，測定的熔融溫度數值為680.1℃。

圖1 焊料315DTA曲線

2.1.2 2Cr13鋼的相變點測試

將2Cr13鋼通過線切割加工成Φ4mm×Φ10mm規格試樣用于相變點測試，測試結果見圖2，測定的2Cr13鋼的Ac1溫度為807℃。

圖2 相變點測試曲線

2.1.3 2Cr13鋼淬火疲勞性能

釬焊過程中若溫度超過2Cr13相變點Ac1，釬焊區域葉片基體相當于淬火處理，為了分析此狀態下材料疲勞性能的變化情況，將試樣制備成直徑為7mm的光滑試樣及直徑為6mm的缺口試樣用于檢驗2Cr13鋼的缺口敏感性［2］，載荷比R=－1。疲勞試驗結果見圖3，光滑試樣疲勞極限為600MPa，缺口試樣疲勞極限為155MPa，僅為光滑試樣的25.8%。

對于釬焊區域，葉片表面不可避免的存在刀痕等加工痕跡，缺口效應較明顯，如果產生淬火現象，則嚴重影響材料的正常使用。因此對于2Cr13的釬焊，其合理的溫度范圍為680℃～807℃。

2.2 最佳釬焊溫度確定

2.2.1 結合力測試

把高溫拉伸試樣從中間切斷，去除斷面氧化層，安裝到試驗卡具上，在斷口上均勻涂抹QJ102銀釬焊溶劑，將焊料315薄片放在斷口處，然后施加0.2kN的力，用高溫爐進行加熱保溫。

圖3 疲勞試驗結果

選取三個試樣分別加熱至690℃、700℃、730℃，均保溫30min，爐冷至室溫后進行拉斷試驗。試驗結果見圖4 690℃時釬焊的抗拉強度不足100MPa，700℃時抗拉強度約350MPa，而730℃時抗拉強度下降至125MPa。由此可知溫度對釬焊強度有直接影響，溫度過高或過低都影響釬焊的結合力。

圖4 不同溫度下拉斷試驗的應力—位移曲線

2.2.2 拉斷斷口分析

由圖5可見，690℃試樣斷口焊料僅中部有撕裂狀痕跡，這說明材料剛過熔點，流動性不足，黏性較低導致結合力較差;730℃試樣斷口中部幾乎沒有釬料，這是由于730℃時釬料流動性很好，中部的釬料受壓擠出導致的;700℃試樣斷口釬料撕裂狀痕跡分布均勻，結合力較強，表明700℃熱處理效果最好。

圖5 試樣拉斷后斷口照片

3 結語

(1)釬焊焊料315的熔點為680.1℃，2Cr13鋼Ac1溫度為807℃，故釬焊工藝溫度余富量約130℃。

(2)缺口試樣疲勞極限僅為光滑試樣的25.8%，缺口效應較明顯。

(3)綜合溫度、結合力以及釬料流動性，釬焊溫度700℃為最佳。

［1］王培銘，許乾慰.材料研究方法［M］.科學出版社，2006:210－217.

［2］束德林.金屬力學性能［M］.機械工業出版社，1987:80－86.