梯度層對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ti(c,n)基金屬陶瓷/40cr鋼接頭進(jìn)行了釬焊試驗,分析比較了中間層與釬料的不同匹配對抑制裂紋形核及擴(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(jìn)行釬焊,利用掃描電鏡及能譜儀對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(qiáng)度最高,為214mpa。

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。

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(jìn)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(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。

對鋁合金a6061與低碳鋼q235進(jìn)行了電阻點焊點焊,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、焊接時間與電極壓力對熔核尺寸和接頭抗剪力的影響。

采用bag45cuzn釬料對自蔓延高溫合成的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化合物相,對接頭性能不利;時效處理γ′相沉淀析出充分,形狀呈方形,且時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,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,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,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,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;對于nicrsib釬料,當(dāng)連接溫度為1373k,連接時間為5min時,接頭的剪切強(qiáng)度最高為2196mpa;對于tizrnicu釬料,當(dāng)連接溫度為1323k,連接時間為5min時,接頭的最高剪切強(qiáng)度為2596mpa;對于agcuzn釬料,當(dāng)連接溫度為1173k,連接時間為5min時,接頭的最高剪切強(qiáng)度為1254mpa;對于cup釬料,當(dāng)連接溫度為1223k,連接時間為5min時,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、金相試驗、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。

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(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(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。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。

根據(jù)實際釬焊條件,采用有限元數(shù)值模擬方法對ti(c,n)/45號鋼釬焊接頭殘余應(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40cr鋼與yg8硬質(zhì)合金進(jìn)行真空釬焊試驗,研究釬焊溫度和ni中間層對釬焊接頭性能的影響,并用三點彎曲試驗確定最佳工藝參數(shù);通過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

采用真空保護(hù)下的活性金屬釬焊法對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。

采用ag-cu-ti釬料對石墨與銅進(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等分析手段對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間的延長,tic層的厚度逐漸增大,但并不是隨著保溫時間延長和釬焊溫度的升高無限制增厚;在釬焊溫度為870℃,保溫時間為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.剪切性能試驗時斷裂均發(fā)生在石墨母材的近界面處.

采用真空釬焊方法對3a21鋁合金進(jìn)行了試驗,針對固態(tài)高純鎂在真空下加熱揮發(fā)的特性,試驗研究了爐膛中放置不同質(zhì)量的活性元素鎂對鋁合金真空釬焊接頭性能的影響。采用材料萬能試驗機(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時釬縫區(qū)寬度最小,約0.06mm;通過獲取不同產(chǎn)品在325℃以上的停留時間,可定量掌握爐膛預(yù)置固態(tài)鎂質(zhì)量。

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