基金屬陶瓷40Cr鋼釬焊接頭減應(yīng)措施

采用bag45cuzn釬料對自蔓延高溫合成的tic金屬陶瓷與中碳鋼進行了真空釬焊連接,利用掃描電鏡、電子探針、x射線衍射等分析手段對接頭的界面結(jié)構(gòu)和室溫抗剪強度進行了研究。結(jié)果表明,利用bag45cuzn釬料可實現(xiàn)tic金屬陶瓷與中碳鋼的連接;接頭的界面結(jié)構(gòu)為tic金屬陶瓷/(cu,ni)固溶體/ag基固溶體+cu基固溶體/(cu,ni)固溶體/(cu,ni)+(fe,ni)/中碳鋼;在連接溫度為850℃保溫10min的釬焊條件下,接頭的抗剪強度可達121mpa。

采用有限元數(shù)值模擬方法模擬了不同緩沖層和緩沖層厚度對接頭殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果表明,對于同一種緩沖層,厚度不一樣,減少應(yīng)力的效果不一樣,都存在一個最佳厚度;使用cu箔、ni箔、ti箔對緩解殘余應(yīng)力非常有效,而使用mo箔作為應(yīng)力緩沖層可以調(diào)整殘余應(yīng)力場的分布狀態(tài)。

采用粉末疊層法制備了梯度層,以該梯度層作為緩解接頭殘余應(yīng)力的中間層材料,選用cumnni釬料,在1040℃,15min的工藝參數(shù)條件下,對yg6硬質(zhì)合金和40cr鋼進行了釬焊試驗。結(jié)果表明,采用梯度層作為緩解應(yīng)力的中間層材料,可以明顯減小釬焊接頭的內(nèi)應(yīng)力,大幅提高了接頭的強度;采用b梯度層接頭強度達656mpa。梯度層的層數(shù)對接頭強度有明顯的影響,梯度層厚度相同的情況下,層數(shù)越多其緩解內(nèi)應(yīng)力能力越高,接頭強度越高。

在氬氣保護爐中,采用銅基、銀基釬料對ti(c,n)基金屬陶瓷與45鋼進行釬焊試驗。通過觀察和分析釬焊接頭的結(jié)合情況及剪切試驗,表明ti(c,n)基金屬陶瓷具有較好的釬焊性;氬氣保護焊條件下,以h62為釬料的接頭的平均剪切強度為37mpa,以ag72cu28為釬料的接頭的平均剪切強度為51mpa

不同釬料對tial基合金與40cr釬焊接頭強度的影響 北京航空航天大學(xué)(100083)　　　　　　劉景峰　朱　穎　康　慧　曲　平 江蘇淮海鹽化廠(濰陽市　223007)　　張　悅 摘要　tial基合金是一種具有廣泛發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)材料,采用鈦基釬料和銀基釬料對tial基合金與40cr鋼 進行了真空釬焊試驗。接頭的剪切強度分別為110mpa和105mpa。顯微組織分析表明,采用ti基釬料時焊接區(qū) 域存在脆性金屬間化合物ti-cu相和ti-ni相以及采用ag基釬料時產(chǎn)生的層狀組織可能與接頭的低強度有 關(guān)。 關(guān)鍵詞:　真空釬焊　tial基合金　40cr　剪切強度 effectoffillermetalsonshearstrengthofti-albased alloya

采用熱彈塑性有限元方法,在考慮了材料性能參數(shù)隨溫度變化的情況下,分析了采用ag-cu-ti釬料釬焊al2o3陶瓷與鎳金屬絲的釬焊接頭,在釬焊和隨后再次加熱過程中產(chǎn)生的應(yīng)力大小和分布情況,計算中著重考慮了釬料對接頭殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果表明,在釬料與陶瓷的界面處存在著較大的殘余拉應(yīng)力,影響了釬焊接頭的連接強度,并可能在界面的陶瓷側(cè)產(chǎn)生裂紋。通過試驗對比,認為在此類連接結(jié)構(gòu)中,釬料是造成接頭形成較大殘余應(yīng)力的主要因素。并指出釬料性能參數(shù)是決定有限元計算精度的主要因素,要使計算結(jié)果與實際情況盡量符合,釬料性能參數(shù)的正確選擇是關(guān)鍵。

采用真空保護下的活性金屬釬焊法對95%(質(zhì)量分數(shù))氧化鋁陶瓷與低碳鋼進行了釬焊,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,主要是ti3cu3o,ti3al,timn,tife2,tic等物質(zhì),界面的反應(yīng)層按al2o3陶瓷/ti3cu3o/ti3al+timn+tife2+ag(s,s)+cu(s,s)/tic/低碳鋼的規(guī)律過渡。

用自研制雙層陶瓷復(fù)合材料與鋼進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)、特征點的化學(xué)成分等進行了研究。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

以ti、cu混合金屬粉末為釬料真空釬焊si/sic復(fù)相陶瓷與殷鋼,通過掃描電鏡、能譜儀、x射線衍射對接頭組織結(jié)構(gòu)進行分析。結(jié)果表明:ti-cu釬料對陶瓷和殷鋼都具有良好的潤濕性;在980℃保溫10min條件下形成良好的連接接頭,連接層主要由ti-cu化合物和ti5si3相組成,在連接層與陶瓷界面生成tisi2、ti3sic2和tic反應(yīng)層;在980℃保溫15min條件下,連接層中生成的化合物種類沒有變化,但在近縫區(qū)的陶瓷中產(chǎn)生了橫向裂紋,導(dǎo)致接頭強度急劇下降。接頭室溫剪切強度在980℃保溫10min時最高達到90mpa。

研究了采用ag-cu-zn釬料在1173k溫度下釬焊tic金屬陶瓷與鑄鐵時,接頭在冷卻過程中的熱應(yīng)力最大值和應(yīng)力集中區(qū)。模擬結(jié)果表明,在冷卻過程中,鑄鐵/tic金屬陶瓷接頭的剪應(yīng)力主要集中在界面端點處,且剪應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在ag-cu-zn/tic金屬陶瓷界面處。tic金屬陶瓷下表面的拉應(yīng)力最大值出現(xiàn)在tic金屬陶瓷的端點處,且隨著連接溫度的降低拉應(yīng)力的最大值逐漸降低。tic金屬陶瓷下表面的壓應(yīng)力最大值出現(xiàn)在tic金屬陶瓷中部,且隨著連接溫度的降低壓應(yīng)力值逐漸增加。

金屬陶瓷

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。

在釬焊溫度825~960℃,保溫時間1~60min的條件下,采用自行設(shè)計制備的ag-cu-tih2活性粉末釬料實現(xiàn)了zro2陶瓷和4j33kovar合金的釬焊.利用掃描電鏡、能譜分析及x射線衍射分析的方法對接頭的界面組織進行了分析.結(jié)果表明,接頭典型界面結(jié)構(gòu)為kovar/ag(s.s)+cu(s.s)+tife2/tini3+tife2+ti-fe-ni/ag(s.s)+cu(s.s)+tife2/cu2ti4o/tio+zrxoy/zro2.對接頭抗剪強度的分析結(jié)果表明,在釬焊溫度875℃,保溫時間10min的條件下,接頭獲得了最高抗剪強度134mpa,斷裂發(fā)生在tic反應(yīng)層.隨著釬焊溫度及保溫時間的變化,釬焊接頭均發(fā)生不同程度的弱化,接頭抗剪強度下降.

為實現(xiàn)al2o3陶瓷與可伐合金的可靠連接,分析影響接頭力學(xué)性能的因素,測試了al2o3陶瓷/agcuti/可伐合金釬焊接頭的抗剪強度,通過光學(xué)顯微鏡、sem及eds對斷口形貌、成分進行分析,確定了斷裂路徑.研究表明,釬焊溫度為900℃,保溫時間為5min時,接頭抗剪強度最高,達144mpa.此時,斷裂大部分發(fā)生在al2o3陶瓷/釬料界面處,小部分發(fā)生在界面中的tife2、tini3金屬間化合物層.釬焊溫度升高,保溫時間延長時,界面上出現(xiàn)大量的tife2、tini3金屬間化合物,界面性能弱化,斷裂發(fā)生在tife2、tini3金屬間化合物層,造成al2o3陶瓷/agcuti/可伐合金接頭連接強度降低.

采用熱彈塑性有限元方法,考慮了溫度變化對材料性能的影響,對si3n4陶瓷/45鋼釬焊接頭的冷卻過程進行數(shù)值模擬,得到了接頭在冷卻過程中界面、金屬、陶瓷材料的降溫曲線以及界面附近熱應(yīng)力大小和分布。模擬結(jié)果表明,接頭界面降溫速度介于金屬和陶瓷外端面之間,陶瓷與金屬溫度差最大為89℃。在接頭結(jié)合良好的條件下,冷卻過程中陶瓷表面邊棱距界面1.86mm處存在最大主應(yīng)力,可根據(jù)殘余主應(yīng)力在陶瓷表面的分布預(yù)測裂紋最有可能開啟的位置。

通過動態(tài)掛片腐蝕實驗、宏觀和金相組織觀察、sem及能譜分析等方法對采用cu-zn釬料、ag-cu釬料、cu-p釬料釬焊的無氧純銅-低碳鋼管釬焊接頭的耐蝕性能進行了評價分析.結(jié)果表明:采用cu-p釬料時鋼和釬縫間出現(xiàn)裂紋,接頭遭受腐蝕后銅管內(nèi)壁普遍腐蝕,同時釬縫因腐蝕而開裂;cu-zn釬縫成型好,但釬縫本身出現(xiàn)由于金相組織發(fā)生選擇性腐蝕而引起的局部蝕坑,銅管對應(yīng)處也出現(xiàn)明顯減薄性腐蝕;ag-cu釬料所焊接頭成型好,接頭各處腐蝕輕微.建議采用ag-cu釬料進行銅-低碳鋼的釬焊

介紹全俄鐵路運輸科學(xué)研究院對捷克產(chǎn)金屬陶瓷閘瓦顯微組織和化學(xué)成分進行分析的結(jié)果,概述了金屬陶瓷閘瓦和鑄鐵閘瓦的試驗臺試驗和運用試驗。

在釬焊時間120～1500s、釬焊溫度1093～1223k的條件下,采用ag-cu共晶釬料對銅和1cr18ni9ti進行釬焊,利用掃描電鏡及能譜儀對其接頭的界面組織進行了研究。結(jié)果表明,接頭界面結(jié)構(gòu)為cu/cu(s.s)/ag(s.s)+cu(s.s)/1cr18ni9ti。以抗剪強度評價其接頭的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)釬焊溫度為1173k、保溫時間為300s時,接頭抗剪強度最高,為214mpa。

采用氬氣保護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。

通過宏觀觀察、金相分析和化學(xué)成分分析等方法,對40cr鋼法蘭焊接接頭的斷裂原因進行了分析。結(jié)果表明,40cr鋼法蘭焊接接頭存在根部裂紋、焊趾裂紋、未熔合和未焊透等焊接缺陷,在應(yīng)力的作用下,根部裂紋發(fā)生擴展,造成接頭在使用過程中發(fā)生斷裂。焊接工藝及操作不當(dāng)導(dǎo)致法蘭焊接接頭產(chǎn)生根部裂紋,是其發(fā)生早期斷裂的主要原因,并對焊接工藝提出了改進建議。

為實現(xiàn)al2o3陶瓷與低碳鋼的可靠連接,分析影響接頭力學(xué)性能的因素,測試了al2o3陶瓷/agcuti/低碳鋼釬焊接頭的抗剪強度,通過sem及eds對斷口形貌、成分進行分析,確定了斷裂路徑.結(jié)果表明,隨著釬焊溫度的升高或者保溫時間的延長,接頭的抗剪強度都呈先增大后減小的趨勢.當(dāng)釬焊溫度為900℃,保溫時間為5min時,接頭抗剪強度達103mpa.此時,斷裂大部分發(fā)生在al2o3陶瓷母材,小部分發(fā)生在al2o3陶瓷/釬料界面處,且均為脆性斷裂.

采用金相顯微鏡、掃描電鏡、硬度計等測量方法,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度的變化規(guī)律。結(jié)果表明,焊后母材中的強化相由質(zhì)點轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀;氮氣保護條件下,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散區(qū),從而有效地提高了釬焊接頭的強度;無氮氣保護的條件下,釬焊接頭有大量的缺陷存在,這些缺陷的存在嚴重影響了釬焊接頭的強度。