梯度層對(duì)YG6、40Cr鋼釬焊接頭強(qiáng)度的影響

氮化硅陶瓷與40Cr鋼釬焊接頭性能的研究

選用cu,nb,mo箔中間層,在特定的焊接參數(shù)條件下對(duì)ti(c,n)基金屬陶瓷/40cr鋼接頭進(jìn)行了釬焊試驗(yàn),分析比較了中間層與釬料的不同匹配對(duì)抑制裂紋形核及擴(kuò)展的影響。結(jié)果表明,中間層cu能有效釋放接頭殘余應(yīng)力,防止接頭產(chǎn)生裂紋;中間層nb易溶解并聚集成帶狀,并在該帶狀組織與釬縫界面萌生裂紋;中間層mo的減應(yīng)效果較差。影響ti(c,n)基金屬陶瓷/40cr鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的因素很多,應(yīng)綜合考慮各因素才能達(dá)到有效降低接頭應(yīng)力的目的。

在釬焊時(shí)間120～1500s、釬焊溫度1093～1223k的條件下,采用ag-cu共晶釬料對(duì)銅和1cr18ni9ti進(jìn)行釬焊,利用掃描電鏡及能譜儀對(duì)其接頭的界面組織進(jìn)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(qiáng)度評(píng)價(jià)其接頭的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)釬焊溫度為1173k、保溫時(shí)間為300s時(shí),接頭抗剪強(qiáng)度最高,為214mpa。

用鎳基釬料真空釬焊鎳基合金時(shí)釬焊溫度對(duì)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(duì)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(shí),釬縫組織基本為固溶體。

通過(guò)動(dòng)態(tài)掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)、宏觀和金相組織觀察、sem及能譜分析等方法對(duì)采用cu-zn釬料、ag-cu釬料、cu-p釬料釬焊的無(wú)氧純銅-低碳鋼管釬焊接頭的耐蝕性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析.結(jié)果表明:采用cu-p釬料時(shí)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(shí)釬縫因腐蝕而開(kāi)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(duì)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(jìn)行銅-低碳鋼的釬焊

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(cè)手段,對(duì)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(gè)組織區(qū)域;同時(shí),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(méi)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。

對(duì)鋁合金a6061與低碳鋼q235進(jìn)行了電阻點(diǎn)焊點(diǎn)焊,觀察分析了接合界面區(qū)反應(yīng)層形貌特征,探討了焊接電流、焊接時(shí)間與電極壓力對(duì)熔核尺寸和接頭抗剪力的影響。

采用bag45cuzn釬料對(duì)自蔓延高溫合成的tic金屬陶瓷與中碳鋼進(jìn)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(duì)接頭的界面結(jié)構(gòu)和室溫抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,利用bag45cuzn釬料可實(shí)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(qiáng)度可達(dá)121mpa。

研究了焊后熱處理對(duì)k403合金大間隙焊接頭中γ′相與接頭性能的影響,結(jié)果表明經(jīng)擴(kuò)散處理接頭產(chǎn)生γ′相,呈圓形,其中母材的γ′相尺寸最大,過(guò)渡區(qū)、釬縫區(qū)依次減小;1200℃固溶處理后γ′相呈方形,但由于固溶處理接頭析出高熔點(diǎn)化合物相,對(duì)接頭性能不利;時(shí)效處理γ′相沉淀析出充分,形狀呈方形,且時(shí)效處理有利于化合物相的擴(kuò)散。

40Cr與A3鋼的焊接

研究了ti3al基合金真空釬焊及接頭組織性能;分析了不同釬料對(duì)接頭界面組織和剪切強(qiáng)度的影響,初步優(yōu)選了釬料,優(yōu)化了釬焊連接規(guī)范參數(shù);利用電子探針、掃描電鏡和x射線衍射等方法對(duì)接頭進(jìn)行了定性和定量分析。結(jié)果表明:采用nicrsib釬料連接時(shí),在界面處有金屬間化合物tial3、alni2ti和ni基固溶體生成,tial3和alni2ti的生成降低了接頭的剪切強(qiáng)度;采用tizrnicu釬料連接時(shí),在界面處有金屬間化合物ti2ni、ti(cu,al)2和ti基固溶體生成,ti2ni和ti(cu,al)2的形成降低了接頭的剪切強(qiáng)度;采用agcuzn釬料連接時(shí),在界面處生成ticu、ti(cu,al)2和ag基固溶體,ticu和ti(cu,al)2的生成是降低接頭剪切強(qiáng)度的主要原因;采用cup釬料連接時(shí),在界面處生成了cu3p、ticu和cu基固溶體,cu3p和ticu使接頭的剪切強(qiáng)度降低;對(duì)于nicrsib釬料,當(dāng)連接溫度為1373k,連接時(shí)間為5min時(shí),接頭的剪切強(qiáng)度最高為2196mpa;對(duì)于tizrnicu釬料,當(dāng)連接溫度為1323k,連接時(shí)間為5min時(shí),接頭的最高剪切強(qiáng)度為2596mpa;對(duì)于agcuzn釬料,當(dāng)連接溫度為1173k,連接時(shí)間為5min時(shí),接頭的最高剪切強(qiáng)度為1254mpa;對(duì)于cup釬料,當(dāng)連接溫度為1223k,連接時(shí)間為5min時(shí),接頭的最高剪切強(qiáng)度為986mpa;采用tizrnicu

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?lè)治龇椒?測(cè)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。

通過(guò)宏觀觀察、金相分析和化學(xué)成分分析等方法,對(duì)40cr鋼法蘭焊接接頭的斷裂原因進(jìn)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(kuò)展,造成接頭在使用過(guò)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(duì)焊接工藝提出了改進(jìn)建議。

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(shí)間20min的工藝參數(shù)條件下對(duì)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(wú)論是采用銅箔還是鎳箔,當(dāng)其厚度從100μm增加到300μm時(shí),接頭三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度上升趨勢(shì)平緩;由于銅箔在釬焊過(guò)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50ti-20zr-20ni-10cu粉末釬料對(duì)ti3al-nb合金與tc4合金進(jìn)行真空釬焊,通過(guò)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(gè)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。

根據(jù)實(shí)際釬焊條件,采用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)ti(c,n)/45號(hào)鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的大小及分布進(jìn)行分析,結(jié)果表明,在釬焊溫度為880℃條件下,接頭軸向殘余應(yīng)力在ti(c,n)金屬陶瓷側(cè)表現(xiàn)為拉應(yīng)力,45號(hào)鋼側(cè)表現(xiàn)為壓應(yīng)力,且拉應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在ti(c,n)金屬陶瓷側(cè)的外邊緣靠近釬縫的很小區(qū)域內(nèi)。

選用cumnni釬料,對(duì)40cr鋼與yg8硬質(zhì)合金進(jìn)行真空釬焊試驗(yàn),研究釬焊溫度和ni中間層對(duì)釬焊接頭性能的影響,并用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù);通過(guò)使用掃描電鏡觀察顯微組織及能譜分析釬料中各元素在母材中的擴(kuò)散情況,并結(jié)合釬料在40cr鋼和yg8硬質(zhì)合金上鋪展的潤(rùn)濕角的比較,探討了該釬料與母材的結(jié)合性能。結(jié)果表明,采用0.2mmni中間層在1020℃下釬焊,釬料與母材、中間層結(jié)合較好,無(wú)裂紋等缺陷,強(qiáng)度有一定提高。

用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射等分析手段,對(duì)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(cè)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

采用真空保護(hù)下的活性金屬釬焊法對(duì)95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氧化鋁陶瓷與低碳鋼進(jìn)行了釬焊,所用釬料為ag-cu-ti3活性釬料。通過(guò)x射線衍射儀(xrd)對(duì)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(guò)渡。

采用ag-cu-ti釬料對(duì)石墨與銅進(jìn)行了真空釬焊連接,利用掃描電鏡、x射線衍射和室溫壓剪試驗(yàn)等分析手段對(duì)接頭的微觀組織和室溫抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了研究.結(jié)果表明,利用ag-cu-ti釬料可以實(shí)現(xiàn)石墨與銅的連接;接頭的界面結(jié)構(gòu)為石墨/tic/ag-cu共晶組織+銅基固溶體/銅基固溶體/銅;隨著釬焊溫度的提高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng),tic層的厚度逐漸增大,但并不是隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)和釬焊溫度的升高無(wú)限制增厚;在釬焊溫度為870℃,保溫時(shí)間為15min的真空釬焊條件下,接頭的抗剪強(qiáng)度達(dá)到17mpa的最大值.剪切性能試驗(yàn)時(shí)斷裂均發(fā)生在石墨母材的近界面處.

采用真空釬焊方法對(duì)3a21鋁合金進(jìn)行了試驗(yàn),針對(duì)固態(tài)高純鎂在真空下加熱揮發(fā)的特性,試驗(yàn)研究了爐膛中放置不同質(zhì)量的活性元素鎂對(duì)鋁合金真空釬焊接頭性能的影響。采用材料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和金相顯微鏡獲得并分析了接頭力學(xué)性能和顯微組織。結(jié)果表明,比較爐膛內(nèi)放置三種不同質(zhì)量鎂的釬縫抗剪強(qiáng)度,當(dāng)單位體積鎂質(zhì)量達(dá)到235g/m3時(shí)其強(qiáng)度最高,達(dá)到78mpa;金相組織顯示,真空釬焊接頭中主要強(qiáng)化相為mg2si,單位體積鎂質(zhì)量達(dá)到235g/m3時(shí)釬縫區(qū)寬度最小,約0.06mm;通過(guò)獲取不同產(chǎn)品在325℃以上的停留時(shí)間,可定量掌握爐膛預(yù)置固態(tài)鎂質(zhì)量。

采用zn-22al釬料對(duì)銅鋁異種合金進(jìn)行了火焰釬焊,并用加速老化試驗(yàn)?zāi)M了其服役環(huán)境.研究了時(shí)效過(guò)程中銅鋁釬焊接頭界面化合物的形貌變化及其對(duì)銅鋁釬焊接頭電阻率和抗剪強(qiáng)度的影響,并對(duì)其生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行了初步計(jì)算.結(jié)果表明,銅側(cè)界面化合物在250℃恒溫時(shí)效過(guò)程中不斷變厚,其生長(zhǎng)規(guī)律呈拋物線狀,且其生長(zhǎng)系數(shù)約為6.1×10-13cm2/s;當(dāng)界面化合物的厚度為4.2μm和18.1μm時(shí),銅鋁接頭的電阻分別為120.3μω和132.9μω,該界面化合物厚度對(duì)電阻率的影響系數(shù)為0.25;銅鋁接頭抗剪強(qiáng)度在時(shí)效過(guò)程中先有3%的上升,隨后逐漸降低至接頭初始值的85%.