基金属陶瓷40Cr钢钎焊接头减应措施

采用bag45cuzn钎料对自蔓延高温合成的tic金属陶瓷与中碳钢进行了真空钎焊连接,利用扫描电镜、电子探针、x射线衍射等分析手段对接头的界面结构和室温抗剪强度进行了研究。结果表明,利用bag45cuzn钎料可实现tic金属陶瓷与中碳钢的连接;接头的界面结构为tic金属陶瓷/(cu,ni)固溶体/ag基固溶体+cu基固溶体/(cu,ni)固溶体/(cu,ni)+(fe,ni)/中碳钢;在连接温度为850℃保温10min的钎焊条件下,接头的抗剪强度可达121mpa。

采用有限元数值模拟方法模拟了不同缓冲层和缓冲层厚度对接头残余应力的影响,结果表明,对于同一种缓冲层,厚度不一样,减少应力的效果不一样,都存在一个最佳厚度;使用cu箔、ni箔、ti箔对缓解残余应力非常有效,而使用mo箔作为应力缓冲层可以调整残余应力场的分布状态。

采用粉末叠层法制备了梯度层,以该梯度层作为缓解接头残余应力的中间层材料,选用cumnni钎料,在1040℃,15min的工艺参数条件下,对yg6硬质合金和40cr钢进行了钎焊试验。结果表明,采用梯度层作为缓解应力的中间层材料,可以明显减小钎焊接头的内应力,大幅提高了接头的强度;采用b梯度层接头强度达656mpa。梯度层的层数对接头强度有明显的影响,梯度层厚度相同的情况下,层数越多其缓解内应力能力越高,接头强度越高。

在氩气保护炉中,采用铜基、银基钎料对ti(c,n)基金属陶瓷与45钢进行钎焊试验。通过观察和分析钎焊接头的结合情况及剪切试验,表明ti(c,n)基金属陶瓷具有较好的钎焊性;氩气保护焊条件下,以h62为钎料的接头的平均剪切强度为37mpa,以ag72cu28为钎料的接头的平均剪切强度为51mpa

不同钎料对tial基合金与40cr钎焊接头强度的影响 北京航空航天大学(100083)　　　　　　刘景峰　朱　颖　康　慧　曲　平 江苏淮海盐化厂(潍阳市　223007)　　张　悦 摘要　tial基合金是一种具有广泛发展前途的结构材料,采用钛基钎料和银基钎料对tial基合金与40cr钢 进行了真空钎焊试验。接头的剪切强度分别为110mpa和105mpa。显微组织分析表明,采用ti基钎料时焊接区 域存在脆性金属间化合物ti-cu相和ti-ni相以及采用ag基钎料时产生的层状组织可能与接头的低强度有 关。 关键词:　真空钎焊　tial基合金　40cr　剪切强度 effectoffillermetalsonshearstrengthofti-albased alloya

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,分析了采用ag-cu-ti钎料钎焊al2o3陶瓷与镍金属丝的钎焊接头,在钎焊和随后再次加热过程中产生的应力大小和分布情况,计算中着重考虑了钎料对接头残余应力的影响。结果表明,在钎料与陶瓷的界面处存在着较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度,并可能在界面的陶瓷侧产生裂纹。通过试验对比,认为在此类连接结构中,钎料是造成接头形成较大残余应力的主要因素。并指出钎料性能参数是决定有限元计算精度的主要因素,要使计算结果与实际情况尽量符合,钎料性能参数的正确选择是关键。

采用真空保护下的活性金属钎焊法对95%(质量分数)氧化铝陶瓷与低碳钢进行了钎焊,所用钎料为ag-cu-ti3活性钎料。通过x射线衍射仪(xrd)对界面的反应产物进行了物相分析,并用能谱仪(edax)分析了界面元素组成。结果表明,钎焊接头界面的反应十分复杂,反应产物多种多样,主要是ti3cu3o,ti3al,timn,tife2,tic等物质,界面的反应层按al2o3陶瓷/ti3cu3o/ti3al+timn+tife2+ag(s,s)+cu(s,s)/tic/低碳钢的规律过渡。

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

以ti、cu混合金属粉末为钎料真空钎焊si/sic复相陶瓷与殷钢,通过扫描电镜、能谱仪、x射线衍射对接头组织结构进行分析。结果表明:ti-cu钎料对陶瓷和殷钢都具有良好的润湿性;在980℃保温10min条件下形成良好的连接接头,连接层主要由ti-cu化合物和ti5si3相组成,在连接层与陶瓷界面生成tisi2、ti3sic2和tic反应层;在980℃保温15min条件下,连接层中生成的化合物种类没有变化,但在近缝区的陶瓷中产生了横向裂纹,导致接头强度急剧下降。接头室温剪切强度在980℃保温10min时最高达到90mpa。

研究了采用ag-cu-zn钎料在1173k温度下钎焊tic金属陶瓷与铸铁时,接头在冷却过程中的热应力最大值和应力集中区。模拟结果表明,在冷却过程中,铸铁/tic金属陶瓷接头的剪应力主要集中在界面端点处,且剪应力的最大值出现在ag-cu-zn/tic金属陶瓷界面处。tic金属陶瓷下表面的拉应力最大值出现在tic金属陶瓷的端点处,且随着连接温度的降低拉应力的最大值逐渐降低。tic金属陶瓷下表面的压应力最大值出现在tic金属陶瓷中部,且随着连接温度的降低压应力值逐渐增加。

金属陶瓷

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。

在钎焊温度825~960℃,保温时间1~60min的条件下,采用自行设计制备的ag-cu-tih2活性粉末钎料实现了zro2陶瓷和4j33kovar合金的钎焊.利用扫描电镜、能谱分析及x射线衍射分析的方法对接头的界面组织进行了分析.结果表明,接头典型界面结构为kovar/ag(s.s)+cu(s.s)+tife2/tini3+tife2+ti-fe-ni/ag(s.s)+cu(s.s)+tife2/cu2ti4o/tio+zrxoy/zro2.对接头抗剪强度的分析结果表明,在钎焊温度875℃,保温时间10min的条件下,接头获得了最高抗剪强度134mpa,断裂发生在tic反应层.随着钎焊温度及保温时间的变化,钎焊接头均发生不同程度的弱化,接头抗剪强度下降.

为实现al2o3陶瓷与可伐合金的可靠连接,分析影响接头力学性能的因素,测试了al2o3陶瓷/agcuti/可伐合金钎焊接头的抗剪强度,通过光学显微镜、sem及eds对断口形貌、成分进行分析,确定了断裂路径.研究表明,钎焊温度为900℃,保温时间为5min时,接头抗剪强度最高,达144mpa.此时,断裂大部分发生在al2o3陶瓷/钎料界面处,小部分发生在界面中的tife2、tini3金属间化合物层.钎焊温度升高,保温时间延长时,界面上出现大量的tife2、tini3金属间化合物,界面性能弱化,断裂发生在tife2、tini3金属间化合物层,造成al2o3陶瓷/agcuti/可伐合金接头连接强度降低.

采用热弹塑性有限元方法,考虑了温度变化对材料性能的影响,对si3n4陶瓷/45钢钎焊接头的冷却过程进行数值模拟,得到了接头在冷却过程中界面、金属、陶瓷材料的降温曲线以及界面附近热应力大小和分布。模拟结果表明,接头界面降温速度介于金属和陶瓷外端面之间,陶瓷与金属温度差最大为89℃。在接头结合良好的条件下,冷却过程中陶瓷表面边棱距界面1.86mm处存在最大主应力,可根据残余主应力在陶瓷表面的分布预测裂纹最有可能开启的位置。

通过动态挂片腐蚀实验、宏观和金相组织观察、sem及能谱分析等方法对采用cu-zn钎料、ag-cu钎料、cu-p钎料钎焊的无氧纯铜-低碳钢管钎焊接头的耐蚀性能进行了评价分析.结果表明:采用cu-p钎料时钢和钎缝间出现裂纹,接头遭受腐蚀后铜管内壁普遍腐蚀,同时钎缝因腐蚀而开裂;cu-zn钎缝成型好,但钎缝本身出现由于金相组织发生选择性腐蚀而引起的局部蚀坑,铜管对应处也出现明显减薄性腐蚀;ag-cu钎料所焊接头成型好,接头各处腐蚀轻微.建议采用ag-cu钎料进行铜-低碳钢的钎焊

介绍全俄铁路运输科学研究院对捷克产金属陶瓷闸瓦显微组织和化学成分进行分析的结果,概述了金属陶瓷闸瓦和铸铁闸瓦的试验台试验和运用试验。

在钎焊时间120～1500s、钎焊温度1093～1223k的条件下,采用ag-cu共晶钎料对铜和1cr18ni9ti进行钎焊,利用扫描电镜及能谱仪对其接头的界面组织进行了研究。结果表明,接头界面结构为cu/cu(s.s)/ag(s.s)+cu(s.s)/1cr18ni9ti。以抗剪强度评价其接头的力学性能,发现当钎焊温度为1173k、保温时间为300s时,接头抗剪强度最高,为214mpa。

采用氩气保护下的活性金属钎焊法对碳化硅晶须增韧氧化铝陶瓷(al2o3/sicw)与不锈钢(1cr18ni9ti)进行了钎焊,所用钎料为ag-cu-ti3活性钎料。通过x-射线衍射仪(xrd)对界面的反应产物进行了物相分析,并用能谱仪(edax)分析了界面元素组成。结果表明,钎焊接头界面的反应十分复杂,反应产物多种多样,主要有tio、ti2o、tic、fe2ti4o、ni3ti、alti等物质,界面反应层按al2o3+sic/tio+alti+tic/ti2o+fe2ti4o/ag-cu的规律过渡。

通过宏观观察、金相分析和化学成分分析等方法,对40cr钢法兰焊接接头的断裂原因进行了分析。结果表明,40cr钢法兰焊接接头存在根部裂纹、焊趾裂纹、未熔合和未焊透等焊接缺陷,在应力的作用下,根部裂纹发生扩展,造成接头在使用过程中发生断裂。焊接工艺及操作不当导致法兰焊接接头产生根部裂纹,是其发生早期断裂的主要原因,并对焊接工艺提出了改进建议。

为实现al2o3陶瓷与低碳钢的可靠连接,分析影响接头力学性能的因素,测试了al2o3陶瓷/agcuti/低碳钢钎焊接头的抗剪强度,通过sem及eds对断口形貌、成分进行分析,确定了断裂路径.结果表明,随着钎焊温度的升高或者保温时间的延长,接头的抗剪强度都呈先增大后减小的趋势.当钎焊温度为900℃,保温时间为5min时,接头抗剪强度达103mpa.此时,断裂大部分发生在al2o3陶瓷母材,小部分发生在al2o3陶瓷/钎料界面处,且均为脆性断裂.

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。