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(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(duì)tini形狀記憶合金與不銹鋼進(jìn)行了瞬時(shí)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(shí)間為60min,連接壓力為0.05mpa時(shí),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(dòng)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(shí)液相擴(kuò)散焊過程存在明顯的非對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析,計(jì)算工藝參數(shù)對(duì)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(shí)應(yīng)力值最小,釬料的線膨脹系數(shù)在12×10-6℃-1時(shí)接頭內(nèi)應(yīng)力達(dá)到最小值,連接溫度對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(cè)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(cè)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(duì)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(duì)缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、劃痕及孔洞會(huì)使接頭的強(qiáng)度降低。

本文對(duì)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(cè)試,結(jié)果表明,不加中間層進(jìn)行擴(kuò)散焊時(shí),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(duì)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(duì)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(duì)各種鋁合金與不銹鋼在電阻爐中實(shí)施了釬焊。對(duì)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(cè)了釬劑對(duì)不銹鋼的影響;還根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)熔融釬料層的消失即等溫凝固時(shí)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(duì)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(rùn)所需的時(shí)間比鋁合金要長(zhǎng);接頭不能形成的主要原因是釬料在對(duì)不銹鋼產(chǎn)生潤(rùn)濕前,先與鋁合金產(chǎn)生潤(rùn)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(cè)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(rùn)濕鋪展,獲得的潤(rùn)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(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。

針對(duì)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(rùn)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(duì)釬劑的配制機(jī)理進(jìn)行了分析,并用試驗(yàn)的方法對(duì)其釬焊性能進(jìn)行了研究。對(duì)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(duì)釬料的潤(rùn)濕性能良好,有效地阻止了釬料在釬焊期間的氧化。對(duì)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。

用自研制雙層陶瓷復(fù)合材料與鋼進(jìn)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(cè)試手段對(duì)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(diǎn)的化學(xué)成分等進(jìn)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(gè)界面均達(dá)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

目前對(duì)焊接接頭耐腐蝕性能的研究比較少,對(duì)點(diǎn)焊凸焊接頭的耐腐蝕性能的研究更少。本文主要研究點(diǎn)焊凸焊對(duì)低碳不銹鋼00cr18ni9的耐腐蝕性能的影響,通過運(yùn)用電化學(xué)方法,即主要比較焊前和焊后低碳不銹鋼00cr18ni9的自腐蝕電位、極化曲線和電化學(xué)阻抗譜(eis),再通過電化學(xué)腐蝕原理進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明:低碳不銹鋼00cr18ni9焊縫區(qū)域的耐腐蝕性能反而比母材的耐腐蝕性能要好,主要原因可能是因?yàn)樵邳c(diǎn)焊過程發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變引起的。

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

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。