GH3044鎳基合金釬焊接頭的界面組織和強(qiáng)度分析

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

不同釬料對tial基合金與40cr釬焊接頭強(qiáng)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(jìn)行了真空釬焊試驗。接頭的剪切強(qiáng)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(qiáng)度有 關(guān)。 關(guān)鍵詞:　真空釬焊　tial基合金　40cr　剪切強(qiáng)度 effectoffillermetalsonshearstrengthofti-albased alloya

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(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。

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(diǎn)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。

非晶鎳基釬料釬焊接頭性能及微觀組織的研究

非晶鎳基釬料釬焊接頭性能及微觀組織的研究

用非晶鎳基釬料和普通晶態(tài)釬料在不同的溫度下真空釬焊不銹鋼,分析了接頭的力學(xué)性能、元素分布和顯微組織。研究表明,釬焊接頭的焊接質(zhì)量在1000℃以下隨溫度升高而增強(qiáng),采用非晶釬料的接頭強(qiáng)度明顯好于普通晶態(tài)釬料。

采用有限元方法,模擬計算了鎳基合金粉末釬料在1270℃釬焊k24鎳基合金時,接頭在冷卻過程中的熱應(yīng)力最大值和應(yīng)力集中區(qū).結(jié)果表明,在冷卻過程中,k24合金接頭的切應(yīng)力主要集中在界面端點(diǎn)處,且切應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在鎳基釬料/k24合金界面的右端點(diǎn)處,其隨著溫度的降低先減小后增大.同時,接頭x方向拉應(yīng)力最大值也出現(xiàn)在此處,且其隨著溫度的降低經(jīng)歷由負(fù)到正的變化過程.當(dāng)承受外切切力時,接頭并非在鎳基釬料內(nèi)部斷裂,而鎳基釬料/k24合金界面易成為接頭的主要斷裂區(qū).

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。

利用自行改制的數(shù)控交流電阻焊機(jī),采用cuni薄帶釬料,配合改進(jìn)型釬劑實現(xiàn)了tini形狀記憶合金電阻釬焊連接。借助于光學(xué)顯微鏡、sem及edx對釬縫的組織進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,試驗采用的電阻釬焊工藝對母材的熱影響極小,接頭中沒有明顯的熱影響區(qū);在釬縫中存在的ti3ni4化合物相是tini合金產(chǎn)生雙程及全程形狀記憶效應(yīng)的主要因素

在釬焊時間3~30min,釬焊溫度860~1000℃的條件下,采用agcuti釬料對c/c復(fù)合材料和tc4合金進(jìn)行了釬焊試驗。利用掃描電鏡及eds能譜分析的方法對接頭的界面組織及斷口形貌進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,接頭界面結(jié)構(gòu)為c/c復(fù)合材料/tic+c/ticu+tic/ag(s.s)+ti3cu4+ticu/ti3cu4/ticu/ti2cu/ti2cu+ti(s.s)/tc4。由壓剪試驗測得的接頭抗剪強(qiáng)度結(jié)果可知,在釬焊溫度910℃,保溫時間10min的條件下,接頭獲得的最高抗剪強(qiáng)度為25mpa。接頭的斷口分析結(jié)果表明,接頭斷裂的位置與被連接界面的碳纖維方向有關(guān),當(dāng)碳纖維軸平行于連接面時,斷裂發(fā)生在復(fù)合材料中;當(dāng)碳纖維軸垂直于連接面時,斷裂主要發(fā)生在復(fù)合材料與釬料的界面處。

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。

鎳基釬料釬焊接頭MB值的提高C

采用不同的工藝參數(shù)對鑄造鈷基高溫合金k640進(jìn)行了釬焊實驗,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。

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。在該實驗條件下在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。

Cu基釬料電弧釬焊接頭強(qiáng)度及斷口分析

采用一種含有鋁、鈦活性元素的鎳基高溫釬料,對k465鎳基鑄造高溫合金在1220℃進(jìn)行了高溫真空釬焊實驗,通過光鏡、掃描電鏡和能譜分析研究分析了不同釬焊間隙和焊后熱處理狀態(tài)下的釬焊接頭組織。研究表明0.1~0.2mm釬焊間隙的釬縫組織由(γ+γ′)共晶、呈塊狀、骨架狀或羽毛狀和不規(guī)則形狀的化合物相和γ固溶體組成;0.35mm間隙中填充鎳網(wǎng)的釬縫組織,主要由大量γ枝晶、少量(γ+γ′)共晶和少量的化合物相組成。釬焊接頭間隙在0.1~0.2mm時釬焊后固溶熱處理不能明顯消除有害化合物相;而接頭添加鎳網(wǎng)可明顯改善接頭組織,減少有害化合物相,提高固溶熱處理的效果。

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。

采用bпp27釬料實現(xiàn)了k465鎳基高溫合金的真空電子束釬焊。分析了不同工藝參數(shù)對接頭抗剪強(qiáng)度的影響,借助掃描電鏡(sem)、能譜分析(eds)和相圖分析等方法研究了界面結(jié)構(gòu),確定了界面反應(yīng)產(chǎn)物及其形態(tài)分布。結(jié)果表明,在界面反應(yīng)層中生成五種產(chǎn)物:大量的鎳基γ固溶體和(γ′+γ)共晶相,大量的富含鎢的ni3b和crb相,以及少量的nbc相;化合物相以細(xì)小的塊狀彌散分布在鎳基固溶體中。隨著束流和加熱時間的增加,接頭抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢。當(dāng)束流為2.6ma,加熱時間為560s,聚焦電流為1800ma時,獲得最大抗剪強(qiáng)度為436mpa的釬焊接頭。

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.

以co2激光為熱源,以alsi12焊絲為填充材料,對ti-6al-4v鈦合金和5056鋁合金異種材料激光熔釬焊進(jìn)行研究,采用sem、eds、xrd和金相顯微鏡分析接頭的微觀結(jié)構(gòu)特征,通過拉伸實驗評定接頭的力學(xué)性能。研究結(jié)果表明:所得接頭具有熔焊和釬焊雙重性質(zhì),即鋁母材局部熔化,為熔化焊,而鈦母材與焊縫金屬之間存在金屬間化合物層釬焊界面;釬焊界面上部的金屬間化合物層組成復(fù)雜,可分為2層,即呈針狀或芽狀的ti-al-si系金屬間化合物層和以ti-al系金屬間化合物為主的連續(xù)層;釬焊界面下部的金屬間化合物層較薄;拉伸試樣斷裂傾向于發(fā)生在緊鄰釬焊界面的焊縫上,平均抗拉強(qiáng)度為298.5mpa。

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。