Método de unión TLPB sobre Ni puro y una super-aleación base Ni, utilizando Al como material de aporte

S. SEGOBIA; M. POLISERPI; R. BOERI; S. SOMMADOSSI

Copiapó

Congreso; CONAMET-SAM-2017. 17° Congreso Internacional de Metalurgia y Materiales.; 2017

Departamento de Ingeniería en Metalurgia, Facultad de Ingeniería, Universidad de Atacama

Las superaleaciones son materiales que encuentran su aplicación industrial en medios corrosivos a altas temperaturas y exigentes solicitaciones mecánicas. Esto es posible gracias a sus complejas microestructuras endurecidas por finos precipitados. En particular las superaleaciones base níquel, constan de una matriz austenítica con fases intermetálicas (FIs) finamente dispersas dentro de los granos, contribuyendo a su resistencia mecánica. Debido a la complejidad microestructural de esos materiales, los procesos de unión o reparación deben ser cuidadosamente diseñados para no deteriorar las propiedades del material base. El objetivo de este trabajo es aplicar el método de Unión por Transición de Fase Líquida (Transient Liquid Phase Bonding, TLPB) a un sustrato de Ni puro y a la superaleación base Ni (50 Ni, 20 Cr, 20 Fe, 7 Nb aprox.), utilizando Al como material de aporte. Dicho método busca fundamentalmente transformar isotérmicamente todo el material de aporte en otras fases, mediante la interacción con el metal base. Como resultado del proceso, se obtuvieron cuplas de difusión-reacción de dos sistemas: Ni/Al y Superaleacion/Al. Se realizaron estudios de morfología, composición química y comportamiento cinético y mecánico, utilizando técnicas de microscopía óptica, electrónica (SEM-EDS), nanoindentación y microdureza Vickers en ambos sistemas, a 1000°C. En el sistema Ni/Al se pueden diferenciar claramente las distintas capas intermetálicas (CIs) formadas, mientras que en el caso del sistema multicomponente, la morfología de las mismas varía gradualmente a medida que se avanza hacia el sustrato. En las uniones binarias Ni/Al, las capas ricas en Ni crecen consumiendo a las capas de mayor de contenido de Al. En este trabajo se continuó con el estudio de las CIs de mayor contenido de Ni, denominadas C4 (asociada a la fase AlNi-pobre en Al) y C5 (AlNi3). La capa C4 evidenció una morfología lisa y otra martensítica, esta última en contacto con C5. Además, se observó el crecimiento de una fase de morfología porosa (C5-Superior) que fue identificada según su composición química y microdureza, como AlNi3. El estudio cinético reportó que a 1000°C, C4 y C5, tienen un crecimiento parabólico controlado por difusión. Los valores de microdureza Vickers, tendieron a disminuir a medida que se incrementaba el contenido de Ni. En las uniones multicomponentes, Superaleación/Al, se evidenció una capa A adyacente al sustrato, rica en Cr, Fe, Nb y Ni, que presentó máxima dureza. Los picos de mínima dureza se detectaron en la capa rica en Al y Ni, identificada como C. A 1000°C y 1 hr de procesado, podría existir alguna fase binaria del sistema Al-Ni, no siendo así a 24 horas de tratamiento isotérmico. A todos los tiempos de procesados, se encontró que la zona de unión tuvo una dureza mayor que el sustrato, sugiriendo que el material de aporte reacciona totalmente, sin evidenciar Al puro remanente.La Figura 1(a) y (b) exhibe los valores de composición química predominantes en una de las muestras de Ni/Al y en una de las cuplas Superaleación/Al, respectivamente.Figura 2. (a) Gráfico del ajuste logarítmico del espesor x y tiempo de procesado a 1000°C del sistema Ni/Al para C4. (b)Perfil de dureza Vickers HV0,01 de Ni/Al a 1000°C vs. distancia en micrómetros.Palabras claves: TLPB, intermetálicos, superaleaciones.Área de interés: Área 2, Materiales y Manufactura. Fundición, Solidificación y Soldadura.Referencias:[1] Gale, W. F, Butts, D. A. (2004) . Sci.and Tech. of Welding and Joining. Vols. 9-4. págs. 283-300.[2]. Kidson, G. V. (1961) Some aspects of the growth of diffusion layers in binary systems. J of Nucl Mater. Vol. 3.págs. 21-29.[3] Urrutia A., Tumminello, S., Aricó, S.F., Sommadossi, S. (2014) Characterization of Al?Ni intermetallics around 30?60 at% Al for TLPB application. CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 44. Págs. 108?113.[4] J. N. DuPont, J. Lippold, S. Kiser. (2009). Welding Metallurgy and Weldability of Nickel-base Alloys, John Wiley & Sons.