陳 嘯，趙龍飛，王碧童，李興東

(1.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046;2.四川大學(xué))

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(jī)低壓級(jí)葉片。但由于汽輪機(jī)的低壓部分在含有水滴的濕蒸汽中工作，故此就產(chǎn)生了由濕蒸汽水滴引起的葉片侵蝕問(wèn)題。尤其是低壓末級(jí)葉片，由于濕蒸汽溫度高，且圓周速度大，所以更易于產(chǎn)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(jí)葉片釬焊司太立合金片能有效的減少葉片的水蝕水刷問(wèn)題。本文著重研究釬焊司太立合金工藝的合理性。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)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(cè)試焊料315的熔融溫度、采用DIL805快速相變儀測(cè)試2Cr13鋼的相變點(diǎn)、采用MTS材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試釬焊焊料315結(jié)合力、采用HQY－300kN高頻振動(dòng)疲勞試驗(yàn)機(jī)測(cè)試2Cr13鋼缺口敏感性。

2 試驗(yàn)結(jié)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(cè)試

差熱分析是在程序控制溫度下測(cè)定物質(zhì)和參比物之間的溫度差和溫度關(guān)系的一種技術(shù)［1］。差熱分析法常用來(lái)測(cè)定物質(zhì)的熔化、金屬與合金的相變溫度。釬焊焊料315的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1，測(cè)定的熔融溫度數(shù)值為680.1℃。

圖1 焊料315DTA曲線

2.1.2 2Cr13鋼的相變點(diǎn)測(cè)試

將2Cr13鋼通過(guò)線切割加工成Φ4mm×Φ10mm規(guī)格試樣用于相變點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2，測(cè)定的2Cr13鋼的Ac1溫度為807℃。

圖2 相變點(diǎn)測(cè)試曲線

2.1.3 2Cr13鋼淬火疲勞性能

釬焊過(guò)程中若溫度超過(guò)2Cr13相變點(diǎn)Ac1，釬焊區(qū)域葉片基體相當(dāng)于淬火處理，為了分析此狀態(tài)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(yàn)2Cr13鋼的缺口敏感性［2］，載荷比R=－1。疲勞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(duì)于釬焊區(qū)域，葉片表面不可避免的存在刀痕等加工痕跡，缺口效應(yīng)較明顯，如果產(chǎn)生淬火現(xiàn)象，則嚴(yán)重影響材料的正常使用。因此對(duì)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(jié)合力測(cè)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(yàn)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(jìn)行加熱保溫。

圖3 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

選取三個(gè)試樣分別加熱至690℃、700℃、730℃，均保溫30min，爐冷至室溫后進(jìn)行拉斷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4 690℃時(shí)釬焊的抗拉強(qiáng)度不足100MPa，700℃時(shí)抗拉強(qiáng)度約350MPa，而730℃時(shí)抗拉強(qiáng)度下降至125MPa。由此可知溫度對(duì)釬焊強(qiáng)度有直接影響，溫度過(guò)高或過(guò)低都影響釬焊的結(jié)合力。

圖4 不同溫度下拉斷試驗(yàn)的應(yīng)力—位移曲線

2.2.2 拉斷斷口分析

由圖5可見(jiàn)，690℃試樣斷口焊料僅中部有撕裂狀痕跡，這說(shuō)明材料剛過(guò)熔點(diǎn)，流動(dòng)性不足，黏性較低導(dǎo)致結(jié)合力較差;730℃試樣斷口中部幾乎沒(méi)有釬料，這是由于730℃時(shí)釬料流動(dòng)性很好，中部的釬料受壓擠出導(dǎo)致的;700℃試樣斷口釬料撕裂狀痕跡分布均勻，結(jié)合力較強(qiáng)，表明700℃熱處理效果最好。

圖5 試樣拉斷后斷口照片

3 結(jié)語(yǔ)

(1)釬焊焊料315的熔點(diǎn)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(yīng)較明顯。

(3)綜合溫度、結(jié)合力以及釬料流動(dòng)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(xué)出版社，2006:210－217.

［2］束德林.金屬力學(xué)性能［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，1987:80－86.