TiNi形狀記憶合金與不銹鋼釬焊接頭的微觀組織與性能

采用金相顯微鏡、電子顯微鏡、x射線能譜儀、顯微硬度、力學(xué)試驗(yàn)等檢測手段,對ta17鈦合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不銹鋼釬焊接頭的組織特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:釬縫中不銹鋼/釬料一側(cè),形成了三層金屬間化合物釬縫組織;在鈦合金/釬料一側(cè),形成兩個組織區(qū)域;同時,銀沿鈦合金晶間擴(kuò)散;在凝固釬焊接頭的釬縫中,靠近不銹鋼一側(cè)出現(xiàn)了ti、cu的富集;靠近鈦合金一側(cè)cu原子的含量明顯升高,釬縫中心區(qū)基本上是純銀;釬縫中除不銹鋼/釬料擴(kuò)散層外,其他各微區(qū)的顯微硬度并沒有增加;從釬縫斷口分析也證明釬縫中靠近不銹鋼一側(cè)是接頭最薄弱的位置。

采用agcu金屬箔作中間過渡層,對tini形狀記憶合金與不銹鋼進(jìn)行了瞬時液相擴(kuò)散焊,分析了接頭的顯微組織、元素分布和物相組成等,研究了接頭的抗剪強(qiáng)度和斷裂方式。結(jié)果表明:接頭界面區(qū)由tini側(cè)過渡區(qū),中間區(qū),不銹鋼側(cè)過渡區(qū)組成,主要相分別為ti(cu,ni,fe),agcu,tife等。連接溫度為860℃,保溫時間為60min,連接壓力為0.05mpa時,接頭最大抗剪強(qiáng)度為239mpa。斷裂發(fā)生在tini母材和agcu中間層擴(kuò)散界面上,斷口為混合斷裂形貌。通過中間層等溫凝固過程動力學(xué)模型,結(jié)合界面形貌和元素?cái)U(kuò)散分析,認(rèn)為tinisma與不銹鋼異種材料瞬時液相擴(kuò)散焊過程存在明顯的非對稱性。

成功研制一種適合于tini形狀記憶合金與不銹鋼異質(zhì)材料釬焊,并可安全應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新型agcuznsn銀基釬料。對agcuznsn系釬料的熔化特性、微觀組織、釬焊工藝特性及接頭力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,所研制agcuznsn銀基釬料成分為ag51~53cu21~23zn17~19sn7~9,固相線溫度為590.0℃,液相線溫度為635.3℃。該釬料主要由α-ag固溶體、α-(cu,zn)固溶體和ag-cu共晶相組成,并含有少量cu41sn11、agzn、ag3sn、cu5zn8等化合物。采用該釬料釬焊tini形狀記憶合金與不銹鋼,接頭強(qiáng)度達(dá)320~360mpa,同時tini形狀記憶合金性能損失較小。新型釬料熔點(diǎn)低、釬焊冶金特性優(yōu)異,釬焊接頭界面冶金結(jié)合平直、致密。

采用純鎳中間夾層和激光焊技術(shù),連接tini形狀記憶合金絲和不銹鋼絲異種材料。對比分析了加鎳夾層與未加鎳夾層的激光焊接頭的組織和性能。結(jié)果表明,與未加鎳夾層的接頭相比,加鎳夾層的接頭組織和性能得到明顯改善,接頭組織中γ-fe相含量增加,tife2,ticr2等金屬間化合物相含量減少,焊縫區(qū)硬度明顯降低,接頭抗拉強(qiáng)度提高。未加鎳夾層的接頭的抗拉強(qiáng)度僅為187mpa,斷口呈現(xiàn)典型的脆性斷裂特征。加鎳夾層后,接頭抗拉強(qiáng)度提高至372mpa,斷口具有脆-韌混合型斷裂特征。

通過有限元分析的方法對tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力場進(jìn)行分析,計(jì)算工藝參數(shù)對接頭應(yīng)力分布的影響.結(jié)果表明,在tc4、不銹鋼母材與釬料接頭兩側(cè)的界面區(qū)附近形成應(yīng)力集中,并且在距離鈦合金母材0.45mm處等效應(yīng)力達(dá)到最大值.釬焊間隙在50μm時應(yīng)力值最小,釬料的線膨脹系數(shù)在12×10-6℃-1時接頭內(nèi)應(yīng)力達(dá)到最小值,連接溫度對這些殘余應(yīng)力的集中與分布影響很小.

日本鋼管公司開發(fā)了含鉻9%～20%的不銹鋼系形狀記憶合金(sma),并制成管接頭,用于大樓內(nèi)配管系統(tǒng)的連接。該公司生產(chǎn)的sma管接頭材料的典型化學(xué)成分為:9%cr5%ni,14%mn,6%si,余為fe。該sma合金的形狀記憶特性屬單向型,回復(fù)變形量最大值為4%,馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)為323k,奧氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)為573k。耐點(diǎn)蝕性和耐均勻腐蝕性類似于430和420型鐵素體不銹鋼,表面具有穩(wěn)定

TiNi形狀記憶合金片激光微焊接接頭的組織性能

采用脈沖激光實(shí)現(xiàn)了0.2mm厚tini形狀記憶合金的對接焊,研究了焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、斷裂形貌、組織和相變過程。結(jié)果表明,脈沖激光能夠?qū)崿F(xiàn)薄片狀tini形狀記憶合金的良好對接焊,焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)683mpa,為冷軋態(tài)母材的97%,斷口形貌與母材相似,均為延性斷裂。根據(jù)晶粒尺寸和顯微組織的不同,接頭可分為4個區(qū)。焊縫中心區(qū)為細(xì)小的等軸晶,而焊縫邊緣為柱狀晶組織。對焊接接頭進(jìn)行焊后退火處理后其相變過程與退火態(tài)tini形狀記憶合金的接近。

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。

通過對ta17/0cr18ni9ti相變超塑性擴(kuò)散焊接頭拉伸斷口的觀察分析,研究了其接頭的組織結(jié)構(gòu),斷裂機(jī)制。分析表明,在焊接過程中,由于鈦合金/不銹鋼兩側(cè)的ti、fe、cr等原子的互擴(kuò)散,在接頭界面處形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面處缺陷的存在以及鈦合金側(cè)拉向殘余應(yīng)力的存在,使拉伸斷裂主要發(fā)生在β-ti和feti中。分析還發(fā)現(xiàn),接頭對缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、劃痕及孔洞會使接頭的強(qiáng)度降低。

本文對鈦合金tc4與不銹鋼1cr18ni9ti擴(kuò)散焊接頭的組織和性能進(jìn)行了分析和測試,結(jié)果表明,不加中間層進(jìn)行擴(kuò)散焊時,所形成的接頭極脆,不能實(shí)現(xiàn)有產(chǎn)的連接,采用純鎳中間金屬,避免了母材組元ti與fe的相互擴(kuò)散和遷移,可獲得鈦合金與不銹鋼的牢固連接。

采用填絲鎢極氬弧焊(tig)對mo-cu合金與18-8不銹鋼進(jìn)行焊接.采用金相顯微鏡、掃描電鏡、顯微硬度計(jì)及x射線衍射儀等對mo-cu/18-8接頭的微觀組織、顯微硬度、元素分布及熔合區(qū)附近的物相組成進(jìn)行分析.結(jié)果表明,mo-cu合金側(cè)的熔合區(qū)為馬氏體和奧氏體的混合組織,焊縫和18-8鋼側(cè)的熔合區(qū)為奧氏體和鐵素體雙相組織;從mo-cu合金到焊縫,mo元素的擴(kuò)散過渡促使在熔合區(qū)形成了增碳層;mo-cu合金側(cè)的熔合區(qū)附近主要由mo,cu,γ-fe(ni),fe0.54mo0.73和cu3.8ni相組成.增碳層和fe0.54mo0.73金屬化合物的存在導(dǎo)致mo-cu合金側(cè)的熔合區(qū)硬度較高,顯微硬度值達(dá)1200hv.

通過電化學(xué)方法研究了釬料分別為60%bni2+40%bni5(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和bni2的316l不銹鋼釬焊接頭在人造海水中的耐腐蝕性能。結(jié)果表明,母材、60%bni2+40%bni5釬料和bni2釬料這三者的鈍化電流相近,進(jìn)入鈍化的電位依次增加,表明母材的耐蝕性最好,60%bni2+40%bni5釬料其次,bni2釬料最差。cr含量的不同是造成三者耐腐性存在差異的主要原因。

本研究使用al-si釬料對各種鋁合金與不銹鋼在電阻爐中實(shí)施了釬焊。對接頭成敗、釬焊界面間鋁合金、釬料和釬劑成分的元素?cái)U(kuò)散狀況和組織變化進(jìn)行了edx,epma分析;并用xrd檢測了釬劑對不銹鋼的影響;還根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對熔融釬料層的消失即等溫凝固時間進(jìn)行了理論推定;進(jìn)而將推定結(jié)果和al-si與al-zn系重疊擴(kuò)散的理論解析進(jìn)行了對比考察、驗(yàn)證。其結(jié)果為:鋁合金與不銹鋼的空氣中釬焊要得到強(qiáng)固的接頭是很困難的;使用釬劑去除不銹鋼的氧化膜并使其產(chǎn)生濕潤所需的時間比鋁合金要長;接頭不能形成的主要原因是釬料在對不銹鋼產(chǎn)生潤濕前,先與鋁合金產(chǎn)生潤濕、反應(yīng)后急速等溫凝固;而此等溫凝固是由釬劑中的zn擴(kuò)散到釬料及鋁合金母材中所致。

采用鋁硅藥芯焊絲進(jìn)行了鋁合金與不銹鋼異種金屬無鍍層tig熔釬焊試驗(yàn),運(yùn)用om,sem,eds及xrd分析了接頭微觀組織,研究了界面層及焊縫中金屬間化合物種類,分析了藥芯釬劑的作用,并測試了接頭力學(xué)性能.結(jié)果表明,藥芯釬劑能夠促進(jìn)鋁硅釬料在不銹鋼表面潤濕鋪展,獲得的潤濕角小于30°,釬劑揮發(fā)不完全,在接頭中產(chǎn)生許多氣孔;接頭中鋼側(cè)界面層由[al,fe,si]相和fe4al13構(gòu)成,焊縫由α-al基體、漢字狀α鐵相(fe2sial8)以及細(xì)長板條狀混合相(β鐵相fesial5及少量al-si共晶相)構(gòu)成;剪切試驗(yàn)中接頭均斷裂在鋼側(cè)界面層,接頭抗剪強(qiáng)度僅為55mpa,斷裂面由[al,fe,si]相、feal以及少量的fesi,alcr相構(gòu)成.

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4種成分的銀基釬料制備了鈦合金/不銹鋼釬焊接頭,用力學(xué)性能試驗(yàn)、金相試驗(yàn)、掃描電鏡分析及電子探針分析方法,測量了釬縫強(qiáng)度,分析了斷口形貌和釬縫界面組織。研究表明:不銹鋼/ag95cunili/鈦合金釬縫強(qiáng)度可達(dá)220mpa,在不銹鋼/ag95cunili擴(kuò)散區(qū)形成了脆性相;不銹鋼/ag88al10mnsi/鈦合金釬縫強(qiáng)度為242mpa,不銹鋼/ag88al10mnsi一側(cè)的釬縫區(qū)易形成裂紋;不銹鋼/ag85al8sn/鈦合金釬縫強(qiáng)度只有123mpa;不銹鋼/ag85al8snni/鈦合金釬縫強(qiáng)度可達(dá)280mpa,釬料與母材冶金結(jié)合較好。

針對al及其合金與不銹鋼釬焊中存在的因釬劑的腐蝕性及釬料的潤濕性等引起釬焊接頭強(qiáng)度下降的問題,研制出一種以lic1-nac1為基,并配以其它成分的al基釬劑。對釬劑的配制機(jī)理進(jìn)行了分析,并用試驗(yàn)的方法對其釬焊性能進(jìn)行了研究。對釬焊接頭及其界面作掃描電鏡(sem)、透射電鏡(tem)、x射線衍射和拉力試驗(yàn)等分析發(fā)現(xiàn),釬劑對釬料的潤濕性能良好,有效地阻止了釬料在釬焊期間的氧化。對接頭進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)焊縫的抗腐蝕性較強(qiáng),能夠滿足一般環(huán)境的使用要求。

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

非晶鎳基釬料釬焊接頭性能及微觀組織的研究

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。

采用氬氣保護(hù)下的活性金屬釬焊法對碳化硅晶須增韌氧化鋁陶瓷(al2o3/sicw)與不銹鋼(1cr18ni9ti)進(jìn)行了釬焊,所用釬料為ag-cu-ti3活性釬料。通過x-射線衍射儀(xrd)對界面的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行了物相分析,并用能譜儀(edax)分析了界面元素組成。結(jié)果表明,釬焊接頭界面的反應(yīng)十分復(fù)雜,反應(yīng)產(chǎn)物多種多樣,主要有tio、ti2o、tic、fe2ti4o、ni3ti、alti等物質(zhì),界面反應(yīng)層按al2o3+sic/tio+alti+tic/ti2o+fe2ti4o/ag-cu的規(guī)律過渡。