Research on Brazing Process and Performance of Inconel 738Lc/BNi-2/Hastelloy X Joints

CHEN Xingdong; YANG Jikun; LIU Yabing; SUN Hao; CHEN Bin; FU Wei

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.10

Welding Technology | Views : 0 下载量: 11 CSCD: 0

PDF
Export
Share
Collection
Album

Research on Brazing Process and Performance of Inconel 738Lc/BNi-2/Hastelloy X Joints
Vol. 55, Issue 4, Pages: 73-80(2025)
Received：01 April 2024，

Revised：2024-06-12，

Published：20 April 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.10
稿件说明：

移动端阅览

陈兴东，杨季坤，刘亚兵，等.Inconel 738Lc/BNi-2/Hastelloy X接头钎焊工艺与性能研究［J］.电焊机，2025，55（4）：73-80. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.10.

CHEN Xingdong, YANG Jikun, LIU Yabing, et al.Research on Brazing Process and Performance of Inconel 738Lc/BNi-2/Hastelloy X Joints[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(4): 73-80. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.04.10.

摘要

异种高温合金的钎焊，一直是钎焊领域内的热点。以Inconel 738Lc与Hastelloy X异种高温合金为对象，采用0.3 mm/BNi-2粘带钎料，在真空度1.3×10

-3

Pa条件下进行了不同温度下（1 060~1 140 ℃）的钎焊试验，系统探究了所获钎焊接头的微观组织、元素扩散和断口形貌等。结果表明，接头典型界面微观组织为IN738Lc/γ-Ni+β

+Ni-boride+Cr-boride/γ-phase+（Ni，Cr）-B+（Cr，Ni，Fe，Mo） B/Hastelloy X。1 060 ℃时，钎缝中心形成富Cr/Ni硼化物相；当温度升至1 100 ℃，硼化物相完全溶解，形成均匀Ni（s，s）组织，此时接头平均剪切强度达峰值227.62 MPa，较1 060 ℃时提升13.1%，断裂机制表现为IN738Lc母材解理断裂；进一步升高温度至1 140 ℃，B元素在HX晶间扩散深度增至159.2 μm，诱发脆性（Cr，Ni，Fe，Mo）B相沿晶界析出，导致强度下降至189.27 MPa。基于此，确立了1 100 ℃/10 min为最优工艺参数，接头强度达IN738Lc母材室温抗拉强度（247 MPa）的92%，满足燃气轮机蜂窝密封部件长时服役需求。

Abstract

Brazing of dissimilar high-temperature alloys has always been a hot topic in the field of brazing. Taking Inconel 738Lc and Hastelloy X dissimilar high-temperature alloys as the research object

and using 0.3 mm/BNi-2 tape brazing filler

brazing experiments were conducted under vacuum condition of 1.3×10

-3

Pa at different temperatures (1 060~1 140 ℃). The microstructure

element diffusion

and fracture morphology of the obtained brazing joints were systematically investigated. The results show that the typical interface microstructure of the joint is IN738Lc/γ-Ni +β1+Ni-boride+Cr-boride/γ-phase+(Ni

Cr)-B+(Cr

Mo) B/Hastelloy X. At 1 060 ℃

a Cr/Ni-rich boride phase is formed in the center of the brazing seam; when the temperature rises to 1 100 ℃

the boride phase dissolves completely

forming a uniform Ni(s

s) structure

and the average shear strength of the joint reaches its peak value of 227.62 MPa

which is 13.1% higher than that at 1 060 ℃

and the fracture mechanism is characterized by the cleavage fracture of the IN738Lc base material. Further increasing the temperature to 1 140 ℃

the diffusion depth of the B element in the HX grain boundary increases to 159.2 μm

inducing the precipitation of the brittle (Cr

Mo)B phase along the g

rain boundary

resulting in a decrease in strength to 189.27 MPa. Based on this

the optimal process parameters are determined to be 1 100 ℃/10 min

and the joint strength reaches 92% of the room temperature tensile strength of the IN738Lc base material (247 MPa)

meeting the long-term service requirements of gas turbine honeycomb sealing components.

关键词

Keywords

references

付子龙，陈琦，彭俊华 . 蜂窝式密封环的优点及加工制造概述［J］. 装备机械， 2016 （ 4 ）： 21 - 25 .

FU Z L ， CHEN Q ， PENG J H . dvantages and General Overview of the Manufacturing of Honeycomb Seal Rings ［J］. Equipment Machinery ， 2016 （ 4 ）： 21 - 25 .

汪超，沈红卫，梅林波 . 高温材料在发电燃气轮机中的应用和发展［J］. 热力透平， 2014 ， 43 （ 2 ）： 94 - 100 .

SHEN C ， SHEN H W ， MEI L B . Application and Development of High-Temperature Materials in Gas Turbines for Power Generation ［J］. Thermal Turbines ， 2014 ， 43 （ 2 ）： 94 - 100 .

南晴，肖俊峰，唐文书，等 . IN738高温合金TIG对接焊温度场及残余应力场数值模拟［J］. 热加工工艺， 2017 ， 46 （ 17 ）： 202 - 206 .

NAN Q ， XIAO J F ， TANG W S ， et al . Numerical Simulation of Temperature Field and Residual Stress Field in TIG Butt Welding of IN738 High Temperature Alloy ［J］. Thermal Processing Technology ， 2017 ， 46 （ 17 ）： 202 - 206 .

宋昕怡，秦建，钟素娟，等 . 镍基高温合金GH4099钎焊连接研究现状［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 8 ）： 122 - 130 .

SONG X Y ， QIN J ， ZHONG S J ， et al . Numerical Simulation of Temperature Field and Residual Stress Field in TIG Butt Welding of IN738 High Temperature Alloy ［J］. Thermal Processing Technology ， 2017 ， 46 （ 17 ）： 202 - 206 .

柳梓萌，钟嘉城，张檬，等 . 哈氏合金X和C-276的力学性能及其在氢燃料电池双极板的应用研究［J］. 力学与实践， 2023 ， 45 （ 6 ）： 1274 - 1280 .

LIU Z M ， ZHONG J C ， ZHANG M ， et al . Mechanical Properties of Hastelloy X and C-276 and Their Application in Hydrogen Fuel Cell Bipolar Plates ［J］. Mechanics & Practice ， 2023 ， 45 （ 6 ）： 1274 - 1280 .

李晓红 . 先进航空材料和复杂构件的钎焊与扩散焊技术［J］. 电焊机， 2008 ， 38 （ 9 ）： 1 - 12+86 .

LI X H . Brazing and Diffusion Welding Technology of Advanced Aviation Materials and Complex Components ［J］. Electric Welding Machine ， 2008 ， 38 （ 9 ）： 1 - 12+86 .

Su C Y ， Lih W C ， Chou C P ， et al . Activated diffusion brazed repair for IN738 hot section components of gas turbines ［J］. JOURNAL OF MATERIALS PROCESS-ING TECHNOLOGY ， 2001 ， 115 （ 3 ）： 326 - 332 .

Kokabi D ， Kaflou A ， Rastifard H R . Effect of filler metal chemical composition on the TiAl/IN738 dissimilar brazed joint ［J］. MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY ， 2021 ， 37 （ 1 ）： 110 - 120 .

杨斯楠，刘岩，丁坤英，等 . Hastelloy X高温合金活性扩散钎焊接头的微观结构［J］. 焊接， 2019 （ 12 ）： 22-26+31 + 66 .

YANG S N ， LIU Y ， DING K Y ， et al . Microstructure of Hastelloy X high-temperature alloy active diffusion brazing joints ［J］. Welding & Joining ， 2019 （ 12 ）： 22-26+31 + 66 .

孟卫如，徐可为，南俊马，等 . 活性钎料真空单层钎焊金刚石［J］. 稀有金属材料与工程， 2004 （ 7 ）： 771 - 774 .

MENG W R ， XU K W ， NAN J M ， et al . Vacuum single-layer brazing of diamond with active filler metal ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2004 （ 7 ）： 771 - 774 .

裴冲，吴欣，程耀永，等 . 采用BNi82CrSiB钎料钎焊1Cr12Ni3MoVN不锈钢的接头组织及性能［J］. 电焊机， 2020 ， 50 （ 9 ）： 268 - 272 .

PEI C ， WU X ， CHEN Y Y ， et al . icrostructure and properties of joints brazed with BNi82CrSiB filler metal on 1Cr12Ni3MoVN stainless steel ［J］. Electric Welding Machine ， 2020 ， 50 （ 9 ）： 268 - 272 .

Massalski T B . Binary alloy phase diagrams ［M］. Ohio ： American Society for Metals ， 1986 ： 66 - 371 .

Zhang L ， Li Y ， Zhang S ， et al . Selective laser melting of IN738 superalloy with a low Mn+Si content： Effect of energy input on characteristics of molten pool，metallurgical defects，microstructures and mechanical properties ［J］. Materials Science and Engineering：A ， 2021 ， 826 ： 141985 .

金莹，刘红亮，魏鑫，等 . GH4738/GH3536异种高温合金钎焊接头的组织与性能［J］. 焊接， 2023 （ 10 ）： 18 - 22+30 .

JIN Y ， LIU H L ， WEI X ， et al . Microstructure and Properties of GH4738/GH3536 Dissimilar High-Temperature Alloy Brazing Joints ［J］. Welding & Joining ， 2023 （ 10 ）： 18 - 22+30 .

孙妍，张杰，刘春凤 . BNi68CrWB钎焊K24/GH648异种高温合金的界面形成机理［J］. 焊接学报， 2017 ， 38 （ 6 ）： 61-64+131 - 132 .

SUN Y ， ZHANGJ ， LIUC F . Brazing mechanism of the dissimilar high-temperature alloy joints（GH648/K24） brazed with BNi68CrWB filler alloy ［J］. Transactions of The China Welding Institution ， 2023 （ 10 ）： 18 - 22+30 .

Kokabi D ， Kaflou A ， Gholamipour R ， et al . Factors affecting strength of dissimilar TiAl/Ni-Si-B/Ni-based superalloy brazed joint ［J］. Journal of Materials Science ， 2022 ， 57 （ 8 ）： 5275 - 5287 .

李天文，郭万林，淮军锋 . 镍基钎料钎焊GH586高温合金［J］. 材料工程， 2010 （ 10 ）： 48 - 52 .

LI T W ， GUO W L ， HUAI J F . Brazing of GH586 high-temperature alloy with nickel-based solder ［J］. Materials Engineering ， 2010 （ 10 ）： 48 - 52 .

Lin Y ， Jiangtao X ， Yajie D ， et al . Microstructure and mechanical properties in the TLP joint of FeCoNiTiAl and Inconel 718 alloys using BNi2 filler ［J］. Journal of Materials Science & Technology ， 2021 ， 61 ： 176 - 185 .

Alert me when the article has been cited

提交

In-Situ Generated Mo-Ni-Si Phase Strengthens the Mechanical Properties of Mo-Re Alloy/AlN Ceramic Brazed Joints

Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum Alloy Joints Brazed using Al-Si-Cu Flux-cored Wire in Air

Effect of Brazing Parameters on the Organization and Mechanical Properties of Brazed Joints of SOFC Metal Connectors

Microstructure and Shear Strength of Diamond/Cu Alloy Joint Brazed with Ag-Cu-Sn-Cr Filler Metal

Research Status of Brazing between TiAl Base Alloy and Nickel Base Superalloy