畢業(yè)論文：晶態(tài)BNi-2鎳基釬料釬焊不銹鋼工藝和接頭組織研究

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

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題 目
晶態(tài)BNi-2鎳基釬料釬焊不銹鋼工藝和接頭組織研究

目錄
ABSTRACT - 3 -
第一章 概論 - 5 -
1.1 課題背景及意義 - 5 -
1.2 晶態(tài)BNi-2特性 - 5 -
1.3 不銹鋼的釬焊性 - 5 -
1.4 鎳基釬料釬焊不銹鋼組織研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 - 6 -
1.5 鎳基釬料釬焊不銹鋼組織研究的發(fā)展趨勢(shì) - 7 -
1.6本文的研究方法和主要內(nèi)容 - 8 -
1.7 本章小結(jié) - 8 -
第二章 實(shí)驗(yàn)材料設(shè)備及方法 - 9 -
2.1.1 釬焊母材 - 9 -
2.1.2 釬料 - 10 -
2.3.1 釬焊工藝 - 10 -
2.3.2 實(shí)驗(yàn)方法 - 12 -
2.3.3.夾具設(shè)計(jì) - 13 -
2.3.5 剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn) - 14 -
2.3.6 金相實(shí)驗(yàn) - 14 -
三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 - 16 -
3.1 力學(xué)性能及分析 - 16 -
3.2金相試驗(yàn)結(jié)果及分析 - 19 -
3.3 本章小結(jié) - 22 -
結(jié)論 - 23 -
致 謝 - 24 -
參考文獻(xiàn) - 25 -
第一章 概論

1.1 課題背景及意義
BNi2 釬料作為一種高溫釬料, 它具有熔化溫度低、潤(rùn)濕性及流動(dòng)性優(yōu)良的特點(diǎn), 因此在機(jī)械、化工、航空、航天等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)的抗氧化性能和耐蝕性能, 并且這種釬料的釬焊溫度范圍與不銹鋼及高溫合金的熱處理制度相吻合, 故適用釬焊那
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反應(yīng)堆的鎳基釬料；用于電真空器件的金基釬料和銀基釬料等數(shù)十種新釬料。70年代后期, 隨著電子信息產(chǎn)業(yè)、家電、汽車和軍工等行業(yè)的迅速發(fā)展, 對(duì)釬料的需求越來(lái)越大, 我國(guó)攻克了諸如Cu-P釬料等加工困難的技術(shù)難關(guān), 研制成功了近百種新釬料、新釬劑(也稱熔劑或助焊劑)。例如用于陶瓷與金屬連接的Ag-Cu-Ti釬料、鎳基非晶態(tài)釬料、鈦基和鈀基釬料、無(wú)腐蝕性鋁釬劑。到目前為止, 我國(guó)從事釬材科研、生產(chǎn)的單位已超過(guò)300家, 其中國(guó)營(yíng)和集體企業(yè)占大多數(shù), 職工人數(shù)近萬(wàn)人, 可以生產(chǎn)錫鉛、鋁基、銅基包括銅磷、銀基、鎳基、錳基、鈀基等七大類, 約600多個(gè)規(guī)格品種, 年產(chǎn)量約為2-2.3萬(wàn)噸【1】。
美國(guó)民用噴氣式客機(jī)的燃?xì)鈽?gòu)件,鼓風(fēng)管排,氣管氣流分離片, B 一52 重型轟炸機(jī)的蜂窩結(jié)構(gòu)壁板等,超音速B一58 重型轟炸機(jī)的蜂窩結(jié)構(gòu),燃?xì)鉁u輪,換熱器等, 英國(guó)R ol ls一R o yc e 航空公司生產(chǎn)的R B 一Z H 三軸渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子葉片, S p e y 一5 12 發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓三級(jí)渦倫雙葉片、三葉片固定板、可調(diào)三葉片固定板雙葉片預(yù)鎖板高壓渦輪止推軸承封嚴(yán)座等零件, 蘇聯(lián)M一29 等渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī), 英法聯(lián)合生產(chǎn)的協(xié)和號(hào)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件, 以及國(guó)內(nèi)的一些渦倫風(fēng)扇發(fā)動(dòng)譏蜂窩密封環(huán),封嚴(yán)塊結(jié)構(gòu)等, 都是用鎳基釬料在真空中釬焊制成的【2】.
由于不銹鋼本身所具有的特性，與普碳鋼相比不銹鋼的焊接及切割有其特殊性，更易在其焊接接頭及其熱影響區(qū)（HAZ）產(chǎn)生各種缺陷。焊接時(shí)要特別注意不銹鋼的物理性質(zhì)。馬氏體型不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上的區(qū)域內(nèi)發(fā)生a-r（M）相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化產(chǎn)生的延展性下降等問(wèn)題。一般來(lái)講鐵素體型不銹鋼有475℃脆化、700~800℃長(zhǎng)時(shí)間加熱下發(fā)生σ相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問(wèn)題。奧氏體型不銹鋼一般具有良好的焊接性能，但其中鎳、鉬含量高的高合金不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂紋。另外還易發(fā)生σ相脆化，在鐵素體生成元素的作用下生成的鐵素體易引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)極易生成貧鉻層，而貧鉻層的出現(xiàn)在使用過(guò)程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低，但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵素體含量的增加會(huì)使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕性降低及低溫韌性惡化等問(wèn)題【3】。
釬焊的發(fā)展以及新型高性能材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用需求，使得鎳基單晶高溫合金焊接得到了發(fā)展。新型釬焊與過(guò)渡液相擴(kuò)散焊技術(shù)具有基體材料不熔化，接頭組織與基體相同，高溫性能與基體相同或相近，零件整體均勻加熱，焊后內(nèi)應(yīng)力和變形小，可以實(shí)現(xiàn)某些其他連接方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)件的制造等一系列優(yōu)點(diǎn)。
北京航空材料研究院的潘輝等人采用釬焊技術(shù)對(duì)一級(jí)、二級(jí)鎳基高溫合金導(dǎo)向葉片進(jìn)行修復(fù)，通過(guò)氟化物反應(yīng)及機(jī)械方法去除葉片裂紋處的氧化膜后采用鑲塊和預(yù)填合金粉相結(jié)合的工藝進(jìn)行補(bǔ)釬焊，修復(fù)的葉片獲得了滿意的性能。北京航空制造工程研究所的張勝等人通過(guò)對(duì)K403合金采用新型鎳基釬料3P1進(jìn)行真空釬焊，得到了與基體組織相似的釬焊接頭，然后對(duì)接頭微觀組織及連接機(jī)制進(jìn)行分析，對(duì)接頭的高溫力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，接頭高溫性能良好，1000℃下的高溫拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到基體強(qiáng)度的90%，高溫持久強(qiáng)度可以達(dá)到基體強(qiáng)度的70%以上。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王剛等人對(duì)K465鎳基高溫合金進(jìn)行真空電子束釬焊研究，試驗(yàn)采用MEDARD45型真空電子束焊機(jī)對(duì)釬料周圍進(jìn)行加熱釬焊。焊后分析了不同工藝參數(shù)對(duì)接頭抗剪強(qiáng)度的影響，研究發(fā)現(xiàn)在界面反應(yīng)層中生成5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。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著束流和加熱時(shí)間的增加，接頭抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大再降低的趨勢(shì)，釬焊接頭斷口呈脆性斷裂特征【4】。
1.5 鎳基釬料釬焊不銹鋼組織研究的發(fā)展趨勢(shì)
開(kāi)展鎳基高溫合金先進(jìn)的焊接修復(fù)技術(shù)的研究及應(yīng)用，可以提高高溫合金焊接接頭性能，延長(zhǎng)焊接件的使用壽命，提高焊接件的使用可靠性，能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于鎳基高溫合金元素復(fù)雜，易形成裂紋等許多問(wèn)題，目前的鎳基高溫合金所采用焊接技術(shù)都存在一定的缺陷，單獨(dú)的焊接工藝已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)的需要，而高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制對(duì)先進(jìn)航空高溫結(jié)構(gòu)材料的焊接技術(shù)將提出更高的要求，目前尚有許多技術(shù)難題等待專業(yè)技術(shù)人員去研究解決。在今后的研究中焊接技術(shù)人員需要開(kāi)展像真空電子束釬焊（VEBB）、活性焊劑焊接技術(shù)（A-TIG焊）、瞬態(tài)液相擴(kuò)散焊（TLP）、線性摩擦焊技術(shù)、攪拌摩擦焊技術(shù)和高能束流焊接技術(shù)等先進(jìn)焊接技術(shù)的研究，這些先進(jìn)焊接技術(shù)的研究必將推進(jìn)鎳基高溫合金的焊接技術(shù)發(fā)展。未來(lái)的高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求焊接技術(shù)人員需要進(jìn)一步完善各種焊接工藝參數(shù)，開(kāi)展高溫合金先進(jìn)焊接技術(shù)的實(shí)用工藝研究。鎳基高溫合金的焊接研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
釬焊技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越趨向于精密控制和數(shù)值分析，各種新型儀器和分析方法的發(fā)展也推動(dòng)了釬焊技術(shù)的研究。要取得國(guó)內(nèi)先進(jìn)釬焊技術(shù)的進(jìn)展，應(yīng)該加大基礎(chǔ)理論的機(jī)理性研究, 同時(shí)提高試驗(yàn)分析方法的精度。釬焊工藝及設(shè)備的發(fā)展：電弧釬焊；瞬態(tài)液相釬焊；紅外釬焊；真空釬焊；直流電阻釬焊；擴(kuò)散釬焊；高頻釬焊；微電子釬焊（激光軟釬焊、再流焊和波峰焊）；釬焊自動(dòng)化。在焊接技術(shù)迅速發(fā)展的今天，釬焊技術(shù)已成為應(yīng)用最廣泛的連接技術(shù)之一。隨著家電行業(yè)、微電子行業(yè)、自行車行業(yè)、汽車行業(yè)、制冷行業(yè)以及通訊產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，釬焊技術(shù)的研究將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，特別是釬焊材料的發(fā)展將面臨著一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇。



1.6本文的研究方法和主要內(nèi)容
本實(shí)驗(yàn)采用真空燒結(jié)爐對(duì)不銹鋼進(jìn)行釬焊，主要研究釬焊溫度和保溫時(shí)間兩個(gè)工藝參數(shù)對(duì)焊接工藝以及接頭組織的影響。通過(guò)比較不同釬焊溫度和保溫時(shí)間下接頭的力學(xué)性能能和微觀組織來(lái)選取最佳的工藝參數(shù)，以使焊縫可以達(dá)到更高的工藝要求。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每次把一組實(shí)驗(yàn)試樣放如釬焊爐，調(diào)整到合適的釬焊的溫度和保溫時(shí)間，釬焊完畢進(jìn)行力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)和顯微 ……（未完，全文共14162字，當(dāng)前僅顯示3369字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：晶態(tài)BNi-2鎳基釬料釬焊不銹鋼工藝和接頭組織研究》）