IN738鎳基超合金硬銲修補之研究

Abstract

摘要 鎳基超合金IN 738具有相當優異的高溫抗潛變強度與防蝕性，為火力發電廠汽渦輪機組一級動葉片之重要組件。此材料造價不斐，經長期運轉後，葉片表面常有高溫腐蝕損傷，若將整組葉片換新，不敷發電成本，節省成本的方法係使用銲接技術修補。IN 738合金是屬於銲接性差之材料，以銲接製程修補易產生龜裂，故本研究採取硬銲修補。硬銲所用之填料採用DF4B+IN 738合金混合粉末，以40/60及50/50二種比例進行三種硬銲製程實驗，分別為紅外線硬銲、真空硬銲及雷射硬銲。研究中並比較填料合金中添加少量IN 625合金與未添加之性質差異，最後選取製程參數較優異條件，進行EPMA成分分析及常溫、高溫(850°C)兩種條件下拉伸機械強度測試。在EPMA分析IN 738銲道中發現硬銲層組織可歸類為四種，分別為γ + γ’ [Ni3(Al,Ti)]基地、鉻硼化合物、細碎散布碳化物及硬銲過程中最後凝固之網狀或輻射狀共晶相。其中鉻硼化合物為不利機械性質的相，而銲後冷速較快的紅外線及雷射硬銲製程可確實的減少其析出量，或藉由IN 625合金之添加可稀釋填料中硼元素之濃度使鉻硼化物之析出減少，達到增進其機械強度的效果。在高溫850°C拉伸機械性質測試中， IN 738基材的高溫抗拉強度為651 MPa(破壞機制為延性破裂)，添加少量IN 625合金試片之硬銲層的強度約303 MPa(破壞機制為準劈裂)，略高未添加IN 625合金之強度266 MPa(破壞機制為劈裂)，但二者強度皆不及基材的一半(40-50%間)。