C/C復(fù)合材料與TC4合金釬焊接頭組織與性能分析

采用金相顯微鏡、掃描電鏡、硬度計(jì)等測量方法,觀察分析了鋁鋰合金釬焊前后母材和釬焊接頭的顯微組織變化,通過分析測試釬焊接頭的顯微硬度和斷口微區(qū)的化學(xué)成分,研究分析了釬焊接頭強(qiáng)度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,焊后母材中的強(qiáng)化相由質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀;氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下,釬焊接頭未見氣孔、夾雜、裂紋等缺陷,釬焊接頭存在一定的擴(kuò)散區(qū),從而有效地提高了釬焊接頭的強(qiáng)度;無氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下,釬焊接頭有大量的缺陷存在,這些缺陷的存在嚴(yán)重影響了釬焊接頭的強(qiáng)度。

采用50ti-20zr-20ni-10cu粉末釬料對ti3al-nb合金與tc4合金進(jìn)行真空釬焊,通過sem、eds、電子探針及拉伸試驗(yàn)研究不同釬焊溫度下釬焊接頭的顯微組織及性能特征。結(jié)果表明,釬焊溫度升高釬焊接頭強(qiáng)度并不提高;不同溫度下釬焊接頭中靠近tc4合金基體邊界處均生成魏氏體組織,隨溫度升高魏氏體組織粗化程度加劇;整個釬焊接頭中ti3al-nb合金基體與釬料的反應(yīng)程度弱于tc4合金基體。

以不同厚度的銅箔、鎳箔作為緩解接頭殘余應(yīng)力的中間層材料,在釬焊溫度820℃,保溫時間20min的工藝參數(shù)條件下對ti(c,n)基金屬陶瓷與45鋼進(jìn)行了釬焊試驗(yàn)。結(jié)果表明,無論是采用銅箔還是鎳箔,當(dāng)其厚度從100μm增加到300μm時,接頭三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度上升趨勢平緩;由于銅箔在釬焊過程中大量溶解,削弱了釬料與ti(c,n)基金屬陶瓷的化學(xué)相容性,降低了界面結(jié)合力,從而嚴(yán)重制約了接頭強(qiáng)度的提高;使用鎳箔的突出特點(diǎn)表現(xiàn)在具有較高的界面強(qiáng)度,與施加銅箔的釬焊接頭相比強(qiáng)度顯著提高,但其緩解接頭殘余應(yīng)力的效果不如銅箔,在靠近釬縫的ti(c,n)基金屬陶瓷一側(cè)易引發(fā)殘余應(yīng)力集中現(xiàn)象。

用自研制雙層陶瓷復(fù)合材料與鋼進(jìn)行了大氣中釬焊連接。采用聲學(xué)顯微鏡、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等測試手段對雙層陶瓷復(fù)合材料的聲顯微結(jié)構(gòu)及釬焊接頭的微觀組織及形態(tài)、特征點(diǎn)的化學(xué)成分等進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,雙層陶瓷復(fù)合材料與鋼釬焊連接后的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)接頭的三個界面均達(dá)到較好的結(jié)合。這為陶瓷/金屬接頭提供了一種新的連接途徑

采用50ti-20zr-20ni-10cu粉末釬料對ti3al-nb(ti-13al-24nb)(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金與tc4合金(ti-6al-4v)進(jìn)行真空釬焊,通過sem、eds電子探針及拉伸試驗(yàn),研究不同釬縫間隙的釬焊接頭的顯微組織及性能特征。結(jié)果表明,釬縫間隙對釬焊接頭的組織及性能有較大影響,當(dāng)釬縫間隙增大時,釬焊接頭的組織變得復(fù)雜,在接頭中既形成了共晶組織又形成了化合物帶,這種組織特征會顯著降低接頭的強(qiáng)度。

選用cu箔、zn及bal88simg片狀釬料作為填充金屬,采用真空加熱方法進(jìn)行高硅鋁合金的釬焊連接,并對接頭進(jìn)行光學(xué)金相、顯微硬度、掃描電子顯微等測試、分析、研究。結(jié)果表明:3種釬料釬焊高硅鋁合金,通過凝固、結(jié)晶等過程形成冶金結(jié)合,生成共晶體和固溶體組織,形成可靠的連接接頭,外觀良好。

用鋁基活性釬料對cf/c復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊,并對接頭的微觀組織、形成機(jī)理和接頭強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,使用鋁基活性釬料可以實(shí)現(xiàn)cf/c復(fù)合材料的連接,且在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi),接頭強(qiáng)度隨釬料成分不同而發(fā)生變化。電子探針觀察表明,釬料與cf/c復(fù)合材料釬焊接頭潤濕性良好,存在成分偏聚層,這種層狀結(jié)構(gòu)對緩和焊接殘余應(yīng)力十分有利。室溫下接頭最高剪切強(qiáng)度可達(dá)16mpa。

采用制備的一種新型中溫鋁基釬料箔(熔點(diǎn)513~529℃),在530~550℃對ld2鋁合金進(jìn)行真空釬焊試驗(yàn)。測試釬焊接頭的室溫抗拉性能,采用掃描電鏡(sem)及能譜儀(des)對釬焊接頭組織和斷口形貌進(jìn)行觀察分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,制備的釬料可用于ld2鋁合金的真空釬焊,在優(yōu)化工藝規(guī)范下可獲得致密的接頭,焊后經(jīng)熱處理,釬焊接頭平均室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)300mpa,斷口是以典型韌窩為特征的塑性斷口。

研制了釬焊鋅鋁合金的cd-sn-zn釬料、zncl2-nh4cl-kf釬劑,研究了鋅鋁合金爐中釬焊及火焰釬焊的工藝參數(shù),并使用tem,sem和xr-ay對釬焊接頭進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,經(jīng)優(yōu)化的爐中釬焊工藝參數(shù)為:加熱溫度320℃、保溫時間15min、釬焊間隙0.14mm。釬焊接頭界面區(qū)出現(xiàn)了大量的硬質(zhì)點(diǎn)相,cd與mg2cu6al5之間存在(102)cd//(111)mg2cu6al5,(220)mg2cu6al5//(010)cd,(224)mg2cu6al5//(211)cd的相結(jié)構(gòu)關(guān)系,提高了接頭的結(jié)合強(qiáng)度;界面區(qū)包含了母材和釬料中的所有物相且有一定寬度,界面區(qū)的zn含量高且sn分布均勻,表明釬料與母材發(fā)生了劇烈的擴(kuò)散。

用鎳基釬料真空釬焊鎳基合金時釬焊溫度對釬料中si、b等元素的擴(kuò)散有重要作用,因此采用3種釬焊溫度對其進(jìn)行真空釬焊,研究了1080、1110和1140℃釬焊溫度下釬縫的微觀組織、元素分布及顯微硬度等。結(jié)果表明,隨著釬焊溫度的升高,釬料中元素向母材擴(kuò)散越充分,釬焊溫度為1140℃時,釬縫組織基本為固溶體。

鈦合金活性焊劑氬弧焊接頭組織分析——采用北京航空制造工程研究所研制的ftr一0l鈦合金活性焊劑進(jìn)行了a·tig焊及常規(guī)tig焊焊接tc4鈦合金工藝對比試驗(yàn)。利用金相試驗(yàn)方法對兩種焊接接頭的結(jié)晶組織形貌進(jìn)行了詳細(xì)的對比和分析，并對焊接接頭區(qū)域的化學(xué)組成進(jìn)行了...

采用北京航空制造工程研究所研制的ft-01鈦合金活性焊劑進(jìn)行了a-tig焊及常規(guī)tig焊焊接tc4鈦合金工藝對比試驗(yàn)。利用金相試驗(yàn)方法對兩種焊接接頭的結(jié)晶組織形貌進(jìn)行了詳細(xì)的對比和分析,并對焊接接頭區(qū)域的化學(xué)組成進(jìn)行了測試和分析。結(jié)果表明,鈦合金活性焊劑對焊接接頭的宏觀組織形貌有明顯影響,但對焊接接頭的化學(xué)組成沒有影響。

用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射等分析手段,對高強(qiáng)度za合金釬焊接頭的顯微組織形態(tài)及其特征、性能及界面區(qū)的相組成等進(jìn)行了研究分析。結(jié)果表明,用研制的新型高強(qiáng)軟釬料釬焊高強(qiáng)度za合金獲得的釬焊接頭在界面區(qū)局部有交互結(jié)晶產(chǎn)生;界面區(qū)組織構(gòu)成較復(fù)雜,既有cd、sn、zn固溶體,又有少量的細(xì)小的mg2sn、mgzn等化合物;固溶體可以提高釬焊接頭的強(qiáng)度和韌性,少量細(xì)小的化合物可強(qiáng)化基體組織,有利于強(qiáng)度的提高;但連續(xù)層狀的金屬間化合物可引起釬焊接頭的脆化,使其性能降低。測試結(jié)果表明釬焊接頭具有較高的力學(xué)性能,延伸率高于母材

采用雙面潛弧焊焊接了45mm厚的tc4鈦合金,得到了內(nèi)部無缺陷的對接接頭,采用光學(xué)顯微鏡分析了接頭的顯微組織。結(jié)果表明:焊縫為β柱狀晶,柱狀晶內(nèi)為α′馬氏體組成的網(wǎng)籃組織,先焊焊縫受后一道焊縫影響,α′馬氏體呈條狀,后焊焊縫高溫停留時間較短,冷卻后α′馬氏體為針狀;熱影響區(qū)分為部分重結(jié)晶區(qū)、過渡區(qū)、細(xì)晶區(qū)與粗晶區(qū),且皆為等軸晶,但尺寸及形態(tài)不同;部分重結(jié)晶區(qū)為等軸α、β組織;過渡區(qū)為等軸α、針狀α′馬氏體和殘留β晶粒組織;細(xì)晶區(qū)則為針狀α′馬氏體和殘留β晶粒;粗晶區(qū)組織為網(wǎng)籃狀α′馬氏體和殘留β晶粒。

采用不同的工藝參數(shù)對鑄造鈷基高溫合金k640進(jìn)行了釬焊實(shí)驗(yàn),通過掃描電鏡、能譜分析儀和x射線衍射儀對釬焊接頭進(jìn)行了微觀組織觀察、典型物相成分測試及物相分析。結(jié)果表明:不同釬焊工藝參數(shù)下的釬縫均由鈷基固溶體、碳化物m23c6、硼化物m3b2+鈷基固溶體共晶,以及塊狀及顆粒狀碳化物mc組成。當(dāng)釬焊溫度較低或保溫時間較短時,釬縫中央生成大量的m3b2;隨著釬焊溫度的升高及保溫時間的延長,釬縫中m3b2、mc減少,m23c6增多、長大。

以mgh956合金釬焊接頭高溫抗拉強(qiáng)度為考察對象進(jìn)行了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,考察的3個因素對接頭性能影響的主次順序?yàn)?釬料成分﹥保溫方式﹥焊縫間隙;對應(yīng)較優(yōu)工藝參數(shù)為:釬料為kco3,保溫方式為:1240℃/10min加1000℃/30min;焊縫間隙為0.02mm。在所進(jìn)行試驗(yàn)中,1000℃拉伸試驗(yàn)結(jié)果最好的焊縫強(qiáng)度接近了母材水平。

新設(shè)計(jì)了ti-zr-cu-ni-co系鈦基釬料,相對于bпp16釬料,其zr含量有所提高,而cu,ni,co三種合金元素的總含量低于bпp16釬料中cu,ni的總量。在960℃/10min的真空加熱條件下,進(jìn)行了兩種釬料對tc4合金的熔化實(shí)驗(yàn)和連接實(shí)驗(yàn)。通過sem和xeds分析了接頭組織和微區(qū)成分。釬焊接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明,使用新釬料對應(yīng)接頭沖擊韌性值為31.55j/cm3,比bпp16釬料提高了56%,同時接頭的剪切強(qiáng)度提高約20%。

采用銅側(cè)偏束工藝實(shí)現(xiàn)了ta15鈦合金與qcr0.8鉻青銅的電子束自熔釬焊,采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和x射線衍射分析儀對焊縫組織進(jìn)行了分析,通過接頭抗拉強(qiáng)度對接頭力學(xué)性能進(jìn)行了評價。結(jié)果表明,電子束偏向銅合金1mm時,鈦合金母材只有上部少量熔化,實(shí)現(xiàn)與銅合金的連接,而接頭中部和下部的連接則通過液態(tài)金屬對鈦合金母材的釬接而實(shí)現(xiàn)連接。釬縫界面由較薄的ti-cu化合物層組成,主要包括ticu、ti2cu3、ticu2和ticu4。而在銅側(cè)焊縫內(nèi),細(xì)小的ti-cu化合物彌散分布于銅基固溶體上,使焊縫得到強(qiáng)化。接頭強(qiáng)度達(dá)到300mpa,拉伸時斷裂發(fā)生在銅合金上,呈韌窩狀塑性斷裂模式。

對石墨與銅采用非晶態(tài)tizrnicu釬料進(jìn)行了真空釬焊。采用光學(xué)顯微鏡(omolmpus)、掃描電鏡(sem,s-4700)、電子探針(epma,jxa8600)等分析手段對接頭的界面微觀組織進(jìn)行觀察分析,研究結(jié)果表明,釬縫中主要是金屬間化合物生成相,如cu-ti,cu-zr,ni-ti系等,裂紋易產(chǎn)生于焊縫中尺寸較大的一個金屬間化合物相上,cu基固溶體的存在可以阻礙或延緩裂紋的擴(kuò)展,對提高接頭性能有利。在該實(shí)驗(yàn)條件下在950℃/15min工藝參數(shù)下獲得的接頭的電阻率低于5mω,平均電阻為3.3mω,接頭的抗剪強(qiáng)度為16.34mpa滿足該接頭作為換向器接頭的使用要求。

采用ni基箔片釬料對gh3044鎳基合金進(jìn)行釬焊連接,利用電子掃描顯微鏡(sem)及能譜分析儀,對接頭的界面組織進(jìn)行觀察和分析;采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)對gh3044鎳基合金的釬焊接頭進(jìn)行抗剪試驗(yàn),評價接頭的室溫抗剪強(qiáng)度.試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)釬焊溫度為1070℃,保溫時間為10min時,界面處有(cr,w)2+ni固溶體析出,釬縫中有(cu,ni)固溶體組織+ni-mn金屬間化合物層及η″+ξ′金屬間化合物層生成,此釬焊工藝參數(shù)下獲得的釬焊接頭具有最高的室溫抗剪強(qiáng)度319mpa.

對活性化焊接(a-tig)方法在鎂合金焊接中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的探討。選取tio2作為活性劑,研究了單一活性劑tio2對鎂合金焊接后微觀組織的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,涂敷單一活性劑tio2可以使焊縫熔深比常規(guī)的tig焊增加2倍。與未涂敷活性劑的焊縫相比,涂敷tio2活性劑可以增大焊接的熔深,減小熔寬。

本文以ai-5si焊絲為填充材料，研究了采用gmaw焊實(shí)現(xiàn)q235鋼和5a02鋁合金熔一釬焊連接的可行性，分析了接頭區(qū)顯微組織和缺陷。結(jié)果表明，采用gmaw焊可以實(shí)現(xiàn)q235鋼和5a02鋁合金的良好連接，并在鋼與釬料連接界面處產(chǎn)生了5um左右的金屬間化合物層，鋼與釬料連接界面處顯微硬度可達(dá)192．6mpa。當(dāng)選擇工藝參數(shù)不當(dāng)時，在熔一釬焊接頭內(nèi)發(fā)現(xiàn)了氣孔、未釬透及熱裂紋等缺陷，未釬透和熱裂紋主要分布在焊接接頭根部，焊接接頭根部成為鋼鋁熔－釬焊連接的一個薄弱區(qū)。