如何解決高溫合金出現(xiàn)鎢夾雜的問題

由于金屬鎢較難熔化，含鎢高溫合金中容易出現(xiàn)鎢夾雜。如果葉片等零件內(nèi)部存在鎢夾雜，夾雜將引起應(yīng)力集中，并成為交變載荷下的疲勞源，嚴(yán)重影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、箍段和箍套等零件的使用可靠性。因此，研究人員對(duì)含鎢高溫合金棒材中鎢夾雜形成的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以期為提高高溫合金的生產(chǎn)質(zhì)量提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。

高溫合金因其獨(dú)特的力學(xué)性能和物理性能廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、發(fā)電、動(dòng)力、機(jī)車以及石油和化工等工業(yè)中關(guān)鍵部件的材料。含鎢高溫合金主要用于服役溫度較高的承載環(huán)境，例如，GH4037合金（W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%～7.0%）可在850℃以下使用；GH4049合金（W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%～7.0%）可在高達(dá)950℃的溫度下仍具有相當(dāng)高的強(qiáng)度；GH4098合金（W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%～7.0%）長期工作溫度可達(dá)1000℃；GH5188合金中加入W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%，可使最高使用溫度提高到1100℃。含鎢高溫合金常用來制作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪葉片及其他高溫承力件。

高溫合金的熔煉采用真空感應(yīng)熔煉+電渣重熔工藝，若電極棒采用手工焊接進(jìn)行接長，電極棒焊接的焊縫容易粘結(jié)鎢極，導(dǎo)致產(chǎn)生夾雜。多年來，國內(nèi)用于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。研究結(jié)果表明：
（1）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(huì)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。
（2）結(jié)構(gòu)不合理的等離子弧焊槍，導(dǎo)致等離子焊機(jī)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，并且電流越大，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。
（3）采用焊槍結(jié)構(gòu)合理的等離子弧焊機(jī)，可以解決高溫合金出現(xiàn)鎢夾雜的問題。

研究發(fā)現(xiàn)GH4049合金中的鎢夾雜物形貌極其不規(guī)則，與基體存在類似于裂紋的間隙，夾雜內(nèi)部存在黑色圓點(diǎn)。進(jìn)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(diǎn)主要成分為鈰。高溫合金中金屬鎢夾雜的來源有二：一是真空感應(yīng)爐熔煉時(shí)鎢條沒有完全熔化而殘留于合金中，二是電極棒焊接時(shí)氬弧焊所用鎢極粘結(jié)在焊縫中。真空感應(yīng)冶煉含鎢較高的高溫合金時(shí)，高熔點(diǎn)的鎢可能出現(xiàn)未完全熔化現(xiàn)象，導(dǎo)致鎢夾雜形成。為了防止鎢夾雜的形成，真空感應(yīng)熔煉含鎢較高的高溫合金時(shí)，冶煉用的鎢是以Ni-W中間合金的形式加入，并且選用足夠的熔化時(shí)間，熔煉時(shí)不會(huì)產(chǎn)生鎢夾雜。