TiNi形状记忆合金与不锈钢钎焊接头的微观组织与性能

采用金相显微镜、电子显微镜、x射线能谱仪、显微硬度、力学试验等检测手段,对ta17钛合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不锈钢钎焊接头的组织特征进行了分析。结果表明:钎缝中不锈钢/钎料一侧,形成了三层金属间化合物钎缝组织;在钛合金/钎料一侧,形成两个组织区域;同时,银沿钛合金晶间扩散;在凝固钎焊接头的钎缝中,靠近不锈钢一侧出现了ti、cu的富集;靠近钛合金一侧cu原子的含量明显升高,钎缝中心区基本上是纯银;钎缝中除不锈钢/钎料扩散层外,其他各微区的显微硬度并没有增加;从钎缝断口分析也证明钎缝中靠近不锈钢一侧是接头最薄弱的位置。

采用agcu金属箔作中间过渡层,对tini形状记忆合金与不锈钢进行了瞬时液相扩散焊,分析了接头的显微组织、元素分布和物相组成等,研究了接头的抗剪强度和断裂方式。结果表明:接头界面区由tini侧过渡区,中间区,不锈钢侧过渡区组成,主要相分别为ti(cu,ni,fe),agcu,tife等。连接温度为860℃,保温时间为60min,连接压力为0.05mpa时,接头最大抗剪强度为239mpa。断裂发生在tini母材和agcu中间层扩散界面上,断口为混合断裂形貌。通过中间层等温凝固过程动力学模型,结合界面形貌和元素扩散分析,认为tinisma与不锈钢异种材料瞬时液相扩散焊过程存在明显的非对称性。

成功研制一种适合于tini形状记忆合金与不锈钢异质材料钎焊,并可安全应用于医学领域的新型agcuznsn银基钎料。对agcuznsn系钎料的熔化特性、微观组织、钎焊工艺特性及接头力学性能进行了研究。结果表明,所研制agcuznsn银基钎料成分为ag51~53cu21~23zn17~19sn7~9,固相线温度为590.0℃,液相线温度为635.3℃。该钎料主要由α-ag固溶体、α-(cu,zn)固溶体和ag-cu共晶相组成,并含有少量cu41sn11、agzn、ag3sn、cu5zn8等化合物。采用该钎料钎焊tini形状记忆合金与不锈钢,接头强度达320~360mpa,同时tini形状记忆合金性能损失较小。新型钎料熔点低、钎焊冶金特性优异,钎焊接头界面冶金结合平直、致密。

采用纯镍中间夹层和激光焊技术,连接tini形状记忆合金丝和不锈钢丝异种材料。对比分析了加镍夹层与未加镍夹层的激光焊接头的组织和性能。结果表明,与未加镍夹层的接头相比,加镍夹层的接头组织和性能得到明显改善,接头组织中γ-fe相含量增加,tife2,ticr2等金属间化合物相含量减少,焊缝区硬度明显降低,接头抗拉强度提高。未加镍夹层的接头的抗拉强度仅为187mpa,断口呈现典型的脆性断裂特征。加镍夹层后,接头抗拉强度提高至372mpa,断口具有脆-韧混合型断裂特征。

通过有限元分析的方法对tc4钛合金与1cr18ni9ti不锈钢钎焊接头残余应力场进行分析,计算工艺参数对接头应力分布的影响.结果表明,在tc4、不锈钢母材与钎料接头两侧的界面区附近形成应力集中,并且在距离钛合金母材0.45mm处等效应力达到最大值.钎焊间隙在50μm时应力值最小,钎料的线膨胀系数在12×10-6℃-1时接头内应力达到最小值,连接温度对这些残余应力的集中与分布影响很小.

日本钢管公司开发了含铬9%～20%的不锈钢系形状记忆合金(sma),并制成管接头,用于大楼内配管系统的连接。该公司生产的sma管接头材料的典型化学成分为:9%cr5%ni,14%mn,6%si,余为fe。该sma合金的形状记忆特性属单向型,回复变形量最大值为4%,马氏体转变开始点为323k,奥氏体转变终止点为573k。耐点蚀性和耐均匀腐蚀性类似于430和420型铁素体不锈钢,表面具有稳定

TiNi形状记忆合金片激光微焊接接头的组织性能

采用脉冲激光实现了0.2mm厚tini形状记忆合金的对接焊,研究了焊接接头的抗拉强度、断裂形貌、组织和相变过程。结果表明,脉冲激光能够实现薄片状tini形状记忆合金的良好对接焊,焊接接头的抗拉强度可达683mpa,为冷轧态母材的97%,断口形貌与母材相似,均为延性断裂。根据晶粒尺寸和显微组织的不同,接头可分为4个区。焊缝中心区为细小的等轴晶,而焊缝边缘为柱状晶组织。对焊接接头进行焊后退火处理后其相变过程与退火态tini形状记忆合金的接近。

采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计等测量方法,观察分析了铝锂合金钎焊前后母材和钎焊接头的显微组织变化,通过分析测试钎焊接头的显微硬度和断口微区的化学成分,研究分析了钎焊接头强度的变化规律。结果表明,焊后母材中的强化相由质点转变为板条状;氮气保护条件下,钎焊接头未见气孔、夹杂、裂纹等缺陷,钎焊接头存在一定的扩散区,从而有效地提高了钎焊接头的强度;无氮气保护的条件下,钎焊接头有大量的缺陷存在,这些缺陷的存在严重影响了钎焊接头的强度。

通过对ta17/0cr18ni9ti相变超塑性扩散焊接头拉伸断口的观察分析,研究了其接头的组织结构,断裂机制。分析表明,在焊接过程中,由于钛合金/不锈钢两侧的ti、fe、cr等原子的互扩散,在接头界面处形成了β-ti、feti、fe2ti、σ等物相。由于界面处缺陷的存在以及钛合金侧拉向残余应力的存在,使拉伸断裂主要发生在β-ti和feti中。分析还发现,接头对缺陷很敏感,焊接端面上的倒角、划痕及孔洞会使接头的强度降低。

本文对钛合金tc4与不锈钢1cr18ni9ti扩散焊接头的组织和性能进行了分析和测试,结果表明,不加中间层进行扩散焊时,所形成的接头极脆,不能实现有产的连接,采用纯镍中间金属,避免了母材组元ti与fe的相互扩散和迁移,可获得钛合金与不锈钢的牢固连接。

采用填丝钨极氩弧焊(tig)对mo-cu合金与18-8不锈钢进行焊接.采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计及x射线衍射仪等对mo-cu/18-8接头的微观组织、显微硬度、元素分布及熔合区附近的物相组成进行分析.结果表明,mo-cu合金侧的熔合区为马氏体和奥氏体的混合组织,焊缝和18-8钢侧的熔合区为奥氏体和铁素体双相组织;从mo-cu合金到焊缝,mo元素的扩散过渡促使在熔合区形成了增碳层;mo-cu合金侧的熔合区附近主要由mo,cu,γ-fe(ni),fe0.54mo0.73和cu3.8ni相组成.增碳层和fe0.54mo0.73金属化合物的存在导致mo-cu合金侧的熔合区硬度较高,显微硬度值达1200hv.

通过电化学方法研究了钎料分别为60%bni2+40%bni5(质量分数)和bni2的316l不锈钢钎焊接头在人造海水中的耐腐蚀性能。结果表明,母材、60%bni2+40%bni5钎料和bni2钎料这三者的钝化电流相近,进入钝化的电位依次增加,表明母材的耐蚀性最好,60%bni2+40%bni5钎料其次,bni2钎料最差。cr含量的不同是造成三者耐腐性存在差异的主要原因。

本研究使用al-si钎料对各种铝合金与不锈钢在电阻炉中实施了钎焊。对接头成败、钎焊界面间铝合金、钎料和钎剂成分的元素扩散状况和组织变化进行了edx,epma分析;并用xrd检测了钎剂对不锈钢的影响;还根据试验结果对熔融钎料层的消失即等温凝固时间进行了理论推定;进而将推定结果和al-si与al-zn系重叠扩散的理论解析进行了对比考察、验证。其结果为:铝合金与不锈钢的空气中钎焊要得到强固的接头是很困难的;使用钎剂去除不锈钢的氧化膜并使其产生湿润所需的时间比铝合金要长;接头不能形成的主要原因是钎料在对不锈钢产生润湿前,先与铝合金产生润湿、反应后急速等温凝固;而此等温凝固是由钎剂中的zn扩散到钎料及铝合金母材中所致。

采用铝硅药芯焊丝进行了铝合金与不锈钢异种金属无镀层tig熔钎焊试验,运用om,sem,eds及xrd分析了接头微观组织,研究了界面层及焊缝中金属间化合物种类,分析了药芯钎剂的作用,并测试了接头力学性能.结果表明,药芯钎剂能够促进铝硅钎料在不锈钢表面润湿铺展,获得的润湿角小于30°,钎剂挥发不完全,在接头中产生许多气孔;接头中钢侧界面层由[al,fe,si]相和fe4al13构成,焊缝由α-al基体、汉字状α铁相(fe2sial8)以及细长板条状混合相(β铁相fesial5及少量al-si共晶相)构成;剪切试验中接头均断裂在钢侧界面层,接头抗剪强度仅为55mpa,断裂面由[al,fe,si]相、feal以及少量的fesi,alcr相构成.

对石墨与铜采用非晶态tizrnicu钎料进行了真空钎焊。采用光学显微镜(omolmpus)、扫描电镜(sem,s-4700)、电子探针(epma,jxa8600)等分析手段对接头的界面微观组织进行观察分析,研究结果表明,钎缝中主要是金属间化合物生成相,如cu-ti,cu-zr,ni-ti系等,裂纹易产生于焊缝中尺寸较大的一个金属间化合物相上,cu基固溶体的存在可以阻碍或延缓裂纹的扩展,对提高接头性能有利。在该实验条件下在950℃/15min工艺参数下获得的接头的电阻率低于5mω,平均电阻为3.3mω,接头的抗剪强度为16.34mpa满足该接头作为换向器接头的使用要求。

采用4种成分的银基钎料制备了钛合金/不锈钢钎焊接头,用力学性能试验、金相试验、扫描电镜分析及电子探针分析方法,测量了钎缝强度,分析了断口形貌和钎缝界面组织。研究表明:不锈钢/ag95cunili/钛合金钎缝强度可达220mpa,在不锈钢/ag95cunili扩散区形成了脆性相;不锈钢/ag88al10mnsi/钛合金钎缝强度为242mpa,不锈钢/ag88al10mnsi一侧的钎缝区易形成裂纹;不锈钢/ag85al8sn/钛合金钎缝强度只有123mpa;不锈钢/ag85al8snni/钛合金钎缝强度可达280mpa,钎料与母材冶金结合较好。

针对al及其合金与不锈钢钎焊中存在的因钎剂的腐蚀性及钎料的润湿性等引起钎焊接头强度下降的问题,研制出一种以lic1-nac1为基,并配以其它成分的al基钎剂。对钎剂的配制机理进行了分析,并用试验的方法对其钎焊性能进行了研究。对钎焊接头及其界面作扫描电镜(sem)、透射电镜(tem)、x射线衍射和拉力试验等分析发现,钎剂对钎料的润湿性能良好,有效地阻止了钎料在钎焊期间的氧化。对接头进行腐蚀性试验,发现焊缝的抗腐蚀性较强,能够满足一般环境的使用要求。

本文采用bni-2、bпp-1两种钎料,对1cr18ni9ti不锈钢进行了电子束钎焊和真空钎焊,并对其接头进行了显微组织分析.结果表明,两种钎料电子束钎焊形成的接头显微组织主要都是固溶体;bni-2钎料真空钎焊形成接头的显微组织是由两部分组成的,一部分是位于母材附近的镍固溶体,另一部分是位于钎缝中心的化合物组织;bпp-1钎料真空钎焊形成接头的显微组织是由铜-镍固溶体和钎缝中少量的化合物相组成的.

用自研制双层陶瓷复合材料与钢进行了大气中钎焊连接。采用声学显微镜、光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等测试手段对双层陶瓷复合材料的声显微结构及钎焊接头的微观组织及形态、特征点的化学成分等进行了研究。结果显示,双层陶瓷复合材料与钢钎焊连接后的多层复合结构接头的三个界面均达到较好的结合。这为陶瓷/金属接头提供了一种新的连接途径

目前对焊接接头耐腐蚀性能的研究比较少,对点焊凸焊接头的耐腐蚀性能的研究更少。本文主要研究点焊凸焊对低碳不锈钢00cr18ni9的耐腐蚀性能的影响,通过运用电化学方法,即主要比较焊前和焊后低碳不锈钢00cr18ni9的自腐蚀电位、极化曲线和电化学阻抗谱(eis),再通过电化学腐蚀原理进行分析。研究结果表明:低碳不锈钢00cr18ni9焊缝区域的耐腐蚀性能反而比母材的耐腐蚀性能要好,主要原因可能是因为在点焊过程发生的组织转变引起的。

使用质量比为6:4的混合镍基钎料bni-2与bni-5对316l不锈钢进行真空钎焊。由于钎缝间隙对钎焊接头组织性能有重要影响,所以在钎焊温度1140℃,保温时间10min的钎焊参数下,分别对钎缝间隙为30,60和100μm进行了钎焊实验。主要通过光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、电子探针显微分析仪以及显微硬度计等对钎焊接头界面组织特征进行分析。结果表明,分布于钎焊接头中心连续共晶组织是导致裂纹扩展的主要通道。另外,研究发现当进行完整的等温凝固过程时,只有γ-ni固溶体相存在于钎焊接头中,但在钎缝与母材边界的沿晶界区域仍存在第二相的金属间化合物。