钎焊温度对CMSX-4单晶高温合金接头组织与性能的影响

采用一种镍基合金钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金,利用扫描电镜、电子探针等分析手段研究接头的微观组织与相组成,并利用高温持久试验机测试接头的高温持久性能,讨论不同钎焊工艺条件下,接头的组织与性能变化规律及接头的断裂机制。研究发现,随着钎焊温度的提高,焊缝中低熔点化合物相减少,小尺寸凝固缺陷消失,白色硼化物比例先升高后降低,γ′沉淀相增多,接头的高温组织稳定性增加。当钎焊温度不低于1 290 ℃时,CMSX-4单晶高温合金接头在980 ℃/100 MPa条件下的持久寿命可达到400 h。观察接头的断口形貌发现,断裂均发生在焊缝处,断裂模式为以脆性断裂为主的混合断裂。     

Metallurgical characterisations of CMSX-4 vacuum-brazed with BNi-2 and BNi-9

High temperature brazing of nickel-based superalloys often produces joints containing hard, brittle micro-constituents that can be detrimental to mechanical properties and challenging to characterise consistently. In this study, techniques including low angle micro-sectioning, image analysis with ImageJ and electron probe micro-analysis were used to determine the composition, hardness and dispersion parameters of phases in single crystal superalloy CMSX-4, vacuum furnace brazed with BNi-2 and BNi-9 filler metals (FMs). Both FMs produced similar joints with hard centreline eutectic phases, a soft isothermally solidified zone and boron diffusion-affected zone in the CMSX-4. The volume fraction, particle size distribution and inter-particle spacing data generated will provide a framework for future metallurgical characterisations and assist in the development of microstructure–mechanical property relationships.     

真空钎焊不锈钢接头组织及扩散处理研究

采用BNi-2,BNi-5这2种镍基钎料真空钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢.利用金相分析,X射线衍射物相分析方法对钎焊接头组织特性、相组成和扩散处理后组织进行了研究.结果表明:在真空钎焊过程中,钎料和母材中元素产生明显扩散;扩散处理能够消除钎缝中化合物相,使接头组织均匀化.     

CMSX-4单晶高温合金TLP接头组织与性能

采用含Si的BNi-5非晶箔片作为中间层合金对CMSX-4镍基单晶合金棒在放电等离子体烧结炉中进行TLP连接,采用SEM观测了TLP接头在不组织形貌特征,借助于EDS分析了TLP接头界面处的物相组成及其对接头力学性能的影响。采用常温和高温拉伸试验验证了不同焊接工艺条件对TLP接头性能的影响。结果表明,在1 200 ℃/5 kN/20 min工艺参数下可得到满意的TLP接头,此时组织分布较为均匀,常温抗拉强度达到了母材的95%,760 ℃高温抗拉强度达到母材的99%。     

纯铜真空钎焊接头的组织及力学性能研究

利用快速凝固技术和传统铸造技术分别制备出成分相同的Cu-Ni-Sn-P非晶薄带钎料和普通钎料,将2种钎料在4种钎焊温度(660,670,680,690℃)和3种保温时间(5,10,15 min)下与纯铜进行真空钎焊试验,借助DTA,XRD,EDS和金相显微镜探讨了钎焊接头的界面微观组织结构及断口形貌,并通过拉伸试验评价了接头强度.研究结果表明:在680℃,15 min条件下,接头抗拉强度最高,非晶钎料的接头抗拉强度明显优于普通钎料,界面反应层由扩散区、残余钎料区组成.随着保温时间的延长和钎焊温度的升高,扩散深度增加,冶金作用增强,在基体深度方向明显表现为沿晶界优先渗透.     

Ni-34Ti钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用Ni-34Ti共晶钎料实现了TiAl合金的钎焊连接,分析了TiAl合金钎焊接头的界面结构,重点研究了钎焊温度对接头组织及性能的影响规律.结果表明,Ni-34Ti共晶钎料主要由TiNi相和TiNi3相组成,钎料熔点为1 120 ℃.不同钎焊温度下获得的接头界面组织均呈现对称特征,无气孔和裂纹等缺陷,接头中主要形成了TiNiAl2,B2,TiNiAl和TiNi2Al四种物相.Al元素在钎缝中的快速扩散,促进了钎缝中Ti-Ni-Al三元化合物的形成.钎焊温度为1 180 ℃保温10 min条件下,TiAl合金接头获得了最大的室温抗剪强度87 MPa.剪切过程中,裂纹容易在富含TiNi2Al相的区域产生和扩展,大量脆性TiNi2Al相的存在对接头的性能是有害的.     

TiNi-V共晶钎料钎焊Si3N4陶瓷接头界面结构及性能

采用真空电弧熔炼技术制备了TiNi-V高温共晶钎料合金,研究了该钎料在Si3N4陶瓷表面的铺展行为．随后采用TiNi—V钎料实现了Si3N4陶瓷的钎焊连接,利用SEM,EDS以及XRD等分析方法,确定了接头的典型界面结构为：Si3N4／TiN＋Ti-si化合物／NiV．重点研究了钎焊温度对接头界面结构及力学性能的影响．结果表明,随着钎焊温度的升高,熔融钎料与Si3N4陶瓷反应程度增加,导致钎缝中TiN＋Ti-Si化合物层厚度不断增加,且在接头残余应力的作用下形成了大量显微裂纹,降低了接头性能．当钎焊温度为1200℃,钎焊时间为10min时,接头室温抗剪强度达到最大为28MPa．断口分析显示接头断裂于TiN＋Ti-Si化合物层为脆性断裂．     

钎焊温度对GH4169/1Cr18Ni9Ti接头组织和性能影响研究

采用BNi82CrSiB镍基钎料真空钎焊GH4169/1Cr18Ni9Ti母材,通过光学显微镜、能谱仪、显微硬度计、拉伸试验机等研究了钎焊温度对钎缝的显微组织、显微硬度、力学性能的影响。结果表明：在1 060～1 100 ℃范围内,接头的钎缝主要由镍基固溶体组成,钎缝中未出现金属间化合物相,钎焊温度的变化对接头的钎缝组织无明显影响。断口分析结果表明：接头断裂均为韧性断裂,断裂区域均处于靠近1Cr18Ni9Ti母材的扩散区中。     

DD5单晶高温合金钎焊接头的微观组织和力学性能分析

采用Co基钎料在1 180℃/60 min条件下钎焊DD5镍基单晶高温合金,利用SEM,EPMA分析接头的显微组织,讨论接头的焊缝间隙对显微组织和相分布的影响.结果表明,当钎焊间隙为10 μm时,焊缝组织与母材相似,由γ和γ'相构成,其中弥散分布着细小的M₃B₂相;随焊缝间隙的增加,焊缝中形成骨架状M₃B₂相,富钴的γ-Ni,Ni-Si化合物等脆性相;当焊缝间隙大于200 μm时,焊缝中间形成球状的钴基固溶体,在钴基固溶体之间分布着多种化合物相.对接头进行高温拉伸性能测试可知,随着钎焊间隙减小,接头的高温性能提高,接头在870℃的抗拉强度最高可达到792 MPa.     

钎焊工艺参数对复合翅片-微通道管接头焊角尺寸和显微组织的影响（英文）

研究钎焊连接微型多端口铝管和AA4343/AA3003/AA4343翅片,模拟汽车热交换器核心的微型组件,并优化钎焊条件。考虑5种工艺参数,用Taguchi法设计实验,目的是使钎焊接头的焊角尺寸最大化,因为焊角尺寸对钎焊接头的热完整性和力学性能有重要影响。采用金相显微镜测量钎焊接头的焊角长度,通过统计分析获得工艺参数的最佳值(峰值温度、保温时间、加热速率、微通道管类型和焊剂)。在95%置信水平下,焊角长度的变化受钎焊峰值温度(77%)、保温时间(15%)和加热速率(7%)的影响最为显著。预测的最大焊角长度为(152±11)μm,并得到实验验证。对管-翅片接头的显微组织分析表明,峰值温度和保温时间的变化只影响焊角共晶区的大小,而对组成相的性质和成分无影响。     

Effect of brazing temperature and brazing time on the microstructure and tensile strength of TiAl-based alloy joints with Ti-Zr-Cu-Ni amorphous alloy as filler metal

An amorphous Ti-37.5Zr-15Cu-15Ni (wt.%) ribbon fabricated by vacuum arc remelting and rapid solidification was used as filler metal to vacuum braze TiAl alloy (Ti-45Al-2Mn-2Nb-1B (at.%)). The effects of brazing temperature and time on the microstructure and strength of the joints were investigated in details. The typical brazed joint major consisted of three zones and the brazed joints mainly consisted of α_2-Ti₃Al phase, α-Ti phase and (Ti, Zr)₂(Cu, Ni) phase. When the brazing temperature varied from 910 °C to 1010 °C for 30 min, the tensile strength of the joint first increased and then decreased. With increasing the brazing time, the tensile strength of the joint increased. The maximum room temperature tensile strength was 468 MPa when the specimen was brazed at 930 °C for 60 min. All the fracture surfaces assumed typical brittle cleavage fracture characteristic. The fracture path varied with the brazing parameter and cracks preferred to initiate at (Ti, Zr)₂(Cu, Ni) phase and propagation path were mainly determined by the content and distribution of α-Ti phase and (Ti, Zr)₂(Cu, Ni) phase.     

钎焊温度对Ti60合金与Si3N4陶瓷接头界面组织及性能的影响

为研究钎焊温度对Ti60/Si₃N₄接头组织与力学性能的影响,采用Ag-28Cu共晶钎料在870~910℃温度区间,保温10 min条件下进行钎焊连接.利用扫描电子显微镜、能谱仪对钎焊接头界面组织进行分析,得到的典型接头界面组织结构为Ti60/Ti-Cu化合物/Ag（s,s）+Cu（s,s）/Ti-Cu化合物/Ti₅Si₃+TiN/Si₃N₄,并对钎焊接头的组织演变过程进行了分析.结果表明,随着钎焊温度的升高,Ti60侧的Ti-Cu化合物反应层与Si₃N₄陶瓷侧的Ti₅Si₃+TiN反应层厚度逐渐增加,Ag（s,s）与Cu（s,s）含量减少,同时,扩散至Si₃N₄陶瓷侧的Ti元素与液相中Cu元素反应生成Ti-Cu化合物并在Ti₅Si₃+TiN反应层中形核.剪切测试表明,在钎焊温度880℃,保温10 min工艺参数条件下获得的接头最大抗剪强度为61.7 MPa.     

退火温度对挤压态钎料Z53显微组织和硬度的影响

采用金相显微镜和洛氏硬度计研究了不同退火温度对挤压态钎料Z53显微组织和硬度的影响。结果表明,对于具有双重晶粒形貌的这种合金,不能以单一的晶粒组织来判断其性能;经600℃×60 m in退火后,变形晶粒基本消失,形成了细小无变形等轴晶组织,此时合金的综合性能为最优,最适宜轧制。     

20钢管高温钎焊与瞬时液相扩散焊接组织与性能

采用镍基钎料BN边和自主研制的铁镍基中间层合金进行了20钢管的焊接试验,以扫描电镜、能量散射X射线和电子探针分析了它们的焊缝组织形貌、成分分布以及焊接性能之间的差异。结果表明,采用镍基钎料BNi2高温钎焊20钢管,接头组织为典型的Ni固溶体钎缝特征,与母材组织存在明显的钎缝界限,接头区成分分布不均匀且有Si脆性相存在,接头无韧性;采用铁镍基中间层瞬时液相扩散焊接20钢管,可获得与母材相似并连续的接头组织,接头成分分布均匀且无Si脆性相生成,接头强度、韧性均达到母材水平,其性能远远高于高温钎焊。     

钎焊温度及保温时间对Sn-30Zn钎料钎焊Mg/Al异种金属组织和性能的影响

采用Sn-30Zn(质量分数,%)钎料对Mg/Al异种金属进行低温钎焊.并利用扫描电子显微镜、电子探针研究了钎焊接头在不同焊接工艺参数下的微观组织演变过程,同时采用维氏硬度仪及万能力学性能试验机对接头的显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明,当钎焊温度为330℃,保温时间为5 s时,钎焊接头组织性能较好.接头组织主要分为近镁侧的Mg₂Sn化合物层、近铝侧的Al-Sn-Zn固溶体层、焊缝中心三个区.焊缝中心区以Sn-Zn的过共晶组织为基底,上面弥散分布着Mg₂Sn相,铝基固溶体相.接头的最佳平均剪切强度为60.47 MPa.     

两种热处理对镍基单晶高温合金CMSX-4微观组织和持久性能的影响

研究了第2代镍基单晶高温合金CMSX-4的标准多级预处理+固溶热处理(多级固溶)和一种超初熔点固溶热处理工艺对其组织、元素偏析和持久性能的影响。结果表明:合金经1280℃/1 h+1290℃/2 h+1300℃/6 h,AC+1140℃/4h,AC+870℃/16 h,AC多级固溶热处理(工艺1)后,元素偏析得到较明显改善,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为207.50 h和280.84 h。工艺1的固溶热处理过程中形成较多固溶微孔,铸态微孔尺寸增大,这些显微孔洞在持久实验中成为合金的裂纹源,使合金发生微孔聚集型断裂,是CMSX-4合金发生持久断裂的关键原因。合金经1320℃/3 h,AC+1140℃/4 h,AC+870℃/16 h,AC超初熔点热处理(工艺2)后,改善合金元素偏析情况不如工艺1,但采用的固溶处理制度形成的微孔数量较少,持久寿命更高,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为293.08 h和310.10 h。     

TC4钛合金蜂窝板钎焊接头组织性能分析

研究了TC4钛合金蜂窝板的钎焊工艺,试验采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料,真空度不低于2×10-3 Pa,钎焊温度为930℃,保温时间为30 min.对焊后试件的钎焊界面组织进行超声无损检测,检测结果表明面板与蜂窝芯钎焊效果极好,未发现有脱焊、虚焊等现象.采用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）法进行了试验分析.结果表明,母材和钎料发生相互扩散渗透反应,并出现有新的析出相.该工艺下蜂窝板的界面平均拉脱强度为12.8 MPa,抗剪强度为9.01 MPa,钎焊接头属于脆性断裂.     

TC4/Ti60合金钎焊接头界面组织及力学性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TC4和Ti60异种钛合金的真空钎焊连接,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构及力学性能的影响. 结果表明,TC4/TiZrNiCu/Ti60钎焊接头的典型界面结构为:TC4/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/Ti60. 随着钎焊温度升高或保温时间延长,片层状α+β相逐渐填充整条钎缝,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少且分布更加均匀. 接头室温抗拉强度随钎焊温度或保温时间的增加均先增大后减小,在990 ℃/10 min钎焊条件下所获接头抗拉强度达到最大为535.3 MPa. 断口分析结果表明,断裂位于钎缝中,断裂方式为脆性断裂.     

工艺参数对IC10单晶TLP接头组织和性能的影响

采用自制镍基非晶合金箔带KNi3A,在1 240℃对IC10单晶进行过渡液相扩散连接.利用扫描电镜对接头组织进行观察和分析,研究了不同焊接参数下获得的焊缝组织,并对接头进行了高温拉伸和高温持久性能测试.结果表明,当焊缝间隙为0.04 mm时保温10 h,接头组织与母材相同,接头高温力学性能良好;焊缝间隙为0.04 mm保温6 h和焊缝间隙为0.08 mm保温10 h时,无法获得完全等温凝固组织的接头,接头中存在共晶组织和化合物相,接头高温力学性能较差.     

AgCu钎料钎焊TC4钛合金与QCr0.8铬青铜接头界面结构及性能

采用AgCu28钎料实现了TC4钛合金与QCr0.8铬青铜的真空钎焊,利用SEM, EDS以及XRD等分析方法确定TC4/AgCu/QCr0.8接头的典型界面结构为TC4钛合金/CuTi +Cu3Ti2 +CuTi2/Ag(s,s) +Cu4Ti/Ag(s,s)+Cu(s,s)/QCr0.8铬青铜. 研究了工艺参数对接头组织和性能的影响. 结果表明,随着钎焊温度和保温时间的增加,钎缝中银铜共晶组织减少,钛铜化合物增多. 接头抗剪强度随钎焊温度的升高先增加后降低,在钎焊工艺参数为890 ℃/0 min时,获得最大抗剪强度449 MPa.保温时间的延长使得接头脆性钛铜化合物增多,接头性能下降,因此随保温时间延长接头抗剪强度显著降低.