Zn-Al钎料固相率及组分对Cu/Al管磁脉冲-半固态复合辅助钎焊接头质量的影响初探

由于节能环保以及轻量化的要求,Cu/Al异种金属复合管件被广泛应用于各工业领域,为此探索一种Cu/Al管件间高效可靠的连接技术具有较大应用价值和研究意义。为了探究Cu/Al管半固态钎焊连接机理并优化相关工艺参数,基于新提出的磁脉冲-半固态复合辅助钎焊方法制备了Cu/Al异种金属管件钎焊接头,利用LS-DYNA分析了半固态钎料不同表观粘度参数下外管内壁的受力情况,采用材料力学拉伸试验机,能谱仪和电子探针显微分析仪研究了半固态Zn-Al系钎料固相率及组分对焊接接头质量的影响。结果表明:外管内壁所受压力幅值随着表观粘度的增大而减小,剪切应力随着表观粘度的增大而增大;半固态钎料固相率为0.8时钎料与母材间没有良好冶金结合,固相率为0.4时会导致钎料填充不足的缺陷。在二次放电电压7 kV,半固态Zn-Al钎料固相率为0.6的条件下,磁脉冲-半固态复合辅助钎焊工艺能够实现Cu/Al管的无钎剂有效连接;与Zn-3Al和Zn-22Al相比,Zn-15Al钎料制得的接头综合性能更好,是较为合适的Cu/Al管磁脉冲辅助半固态钎焊用Zn-Al钎料。     

Zn-Al-Si钎料厚度对磁脉冲辅助半固态钎焊Cu/Al管接头组织性能的影响

结合磁脉冲成形、半固态成形以及钎焊的复合优势,采用磁脉冲辅助半固态钎焊的方法来实现Cu/Al异质金属管件的连接.基于LS-DYNA对钎焊过程进行了多物理场耦合仿真,分析了钎料厚度对流变行为的影响,提出了综合考虑氧化膜去除效果及钎料流失缺陷的壁厚设计思路.利用附加能谱仪的电子探针显微分析仪和电子万能材料试验机研究了半固态Zn-15Al-1.0Si钎料的厚度对钎焊接头质量的影响.结果 表明:在钎焊过程中,半固态钎料所受压、剪应力复合作用随着其厚度的增加而变弱,且在搭接区域中部最弱.钎料过厚,其与母材两侧难以形成良好的冶金结合,而钎料过薄,会导致接头钎料缺失的缺陷.在合适的放电参数条件下,当钎料固相率为0.6,厚度为300 μm时,能获得以球晶组织为主的磁脉冲辅助半固态钎焊Cu/Al管接头.     

合金元素的添加对Zn-Al系铝合金钎料性能的影响

为了降低汽车水箱及热交换器钎焊温度,防止高温软化变形并获得更好的耐蚀性,本文研究了Cu,Ag等合金元素对铝钎焊用Zn-Al钎料的熔化温度、铺展性、耐蚀性及显微组织的影响。结果表明,在Zn-Al钎料中通过添加合金元素,可以改善在铝表面上的铺展性能,并使其液相点降低。在添加3%Cu,1%Ni,0.5%Ag元素时铺展面积最大,耐蚀性优良并可获得良好的钎焊温度,适合钎焊3系铝合金。     

仿SIMA法钎焊对Mn-Cu合金与430不锈钢接头组织及性能的影响

采用Cu-Mn-Ni-Sn钎料对Mn-Cu合金与430不锈钢分别进行普通钎焊(铸态钎料,850℃)和仿SIMA法钎焊(轧制态钎料,半固态温度790℃),研究钎焊温度对接头微观组织、化合物的形成数量以及剪切强度的影响。结果表明:普通钎焊接头中,不锈钢与钎缝的界面处形成(Mn,Fe,Cr)固溶体扩散层,但扩散层与钎缝界面位置形成裂纹。富Sn相沿Mn-Cu合金的晶界渗透促进了合金的熔化,钎缝与Mn-Cu合金之间形成联生结晶。不锈钢向钎料中的过度溶解以及Mn-Cu合金的局部熔化导致钎缝中形成大量针状Mn-Cr-Cu-Fe化合物。仿SIMA法钎焊接头中,不锈钢与钎缝的界面结合良好。在半固态温度下,钎料向不锈钢侧的扩散量减小,同时不锈钢向钎料溶解的程度也较小。在Mn-Cu合金侧,富Sn相沿晶界的渗透得到了有效抑制,钎缝与Mn-Cu合金之间可观察到明显的界面。由于钎料与母材之间的相互作用减弱,钎缝中针状化合物的数量明显减少。剪切试验中,两种钎焊接头均断裂于钎缝中的针状化合物分布区域。普通钎焊接头的剪切强度为173 MPa,仿SIMA法钎焊接头的剪切强度有所提高,为230 MPa。     

INCO718高温合金钎焊工艺研究

对于高温合金,把合金元素及化合物充分固溶于基体内,才能获得良好的高温性能。本文主要介绍了INCO718高温合金的应用及工艺特点,并对该材料的焊接性能进行了深入的研究分析,总结出高温合金表面氧化问题、钎焊热循环的影响、钎料与钎焊金属成分的影响、焊缝间隙和钎料量的多少、钎焊温度的影响以及真空钎焊设备的性能,都将直接决定着INCO718高温合金钎焊接头的焊接质量。本文着重阐述了高温合金表面氧化问题的解决和不同牌号的钎料对于高温合金钎焊质量的影响。     

BCu50ZnMnNiSi多元铜基钎料的研究

提出了一种含Ｎｉ、Ｓｉ的适合钎焊合金白口铸铁的Ｃｕ基ＣｕＺｎＭｎ多元钎料,并对ＢＣｕ５０ＺｎＭｎＮｉＳｉ钎料的熔化特性、钎焊工艺性能、钎料组织以及力学性能进行了研究。研究结果表明,与普通ＣｕＺｎ合金钎料比较,ＢＣｕ５０ＺｎＭｎＮｉＳｉ钎料钎焊冶金特性优异,界面冶金结合致密,尽管钎料中含有多元合金元素,钎焊后钎缝仍有较好的塑必     

纯铜钎料用于透氧膜陶瓷与不锈钢支撑体之间的封接

采用纯铜钎料用于透氧膜与不锈钢支撑体之间的封接,测试了纯铜钎料、透氧膜与不锈钢支撑体三者的热膨胀系数,研究了透氧膜与纯铜钎料在空气中钎焊后封接界面的形貌,以及钎焊接头在氧化/还原双重气氛下的密封性和稳定性。结果显示,在30～1000℃范围内,三者的热膨胀系数比较接近。封接后纯铜钎料与透氧膜连接界面无裂纹等缺陷,在透氧膜一侧生成一层由Cu扩散所致的厚度约为350μm的反应层。875℃透氧10h封接部位没有泄漏发生,透氧膜一侧的反应层厚度基本不变。     

CoFe基和Fe基高温钎料钎焊TiAl合金接头微观组织

为避免高温钎焊条件下钎料与TiAl母材发生过度反应,设计了CoFe基和Fe基两种高温钎料。在1100℃/10min和1200℃/10min条件下进行了钎料对TiAl合金的润湿性实验,在1180℃/5min条件下进行TiAl合金的真空钎焊实验。结果表明,1200℃/10min条件下两种钎料在TiAl合金上润湿角约为30°。与Ni基钎料相比,两种钎料与TiAl的界面反应程度得到缓解。CoFe基钎料对应接头界面主要形成Ti3Al,TiAl,硅化物和(Ti,Cr)-B,而在宽度较窄的(约10μm)钎缝中心形成了富Cr固溶体。Fe基钎料接头组织基本与CoFe基钎料接头类似,区别在于钎缝中心为残余钎料区,宽度约40μm,主要为Fe基固溶体。残余钎料区附近生成TiB和TiB2两种硼化物,与CoFe基钎料接头中硼化物相比,数量明显增多。     

连接SiCp/6063Al复合材料的Al-Si-Cu-Ce-Ti箔状钎料制备及其性能研究

采用快凝甩带技术制备了6组不同Ti含量的(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-xTi急冷箔状钎料,并对SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊,然后对钎料及接头的显微组织和性能进行分析。结果表明,急冷箔较常规铸态钎料的组织细小、均匀;固、液相线降低,熔化区间变窄;随着Ti含量的增加,急冷箔中片状Al-Si-Ti金属间化合物相增多,导致钎料脆性增加;6组钎料在复合材料上润湿性较差,但在6063Al合金上润湿性良好。在580℃钎焊温度、保温30min条件下,采用1%Ti含量急冷箔状钎料成功连接了SiCp/6063Al复合材料,钎焊接头组织致密、完整,急冷箔状钎料与6063Al合金基体连接界面可进行充分的冶金结合,且接头剪切强度达到104.9 MPa;钎焊前采用夹具增加接头压力可显著提高接头的连接质量。     

高体积比SiCp/A356复合材料真空扩散钎焊接头组织与性能研究

采用快速甩带技术制备了7组(Al-33.3Cu-6.0Mg)-xNi(x=0,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,质量分数/%)急冷箔状钎料,分别对化学镀Ni-P合金前后的SiCp/A356复合材料进行真空扩散钎焊。通过剪切实验对钎焊接头的抗剪强度进行测定,并利用扫描电镜和能谱分析等方法对接头微观组织进行观察和分析。结果表明,当向Al-33.3Cu-6.0Mg钎料合金中添加不同含量的Ni时,其急冷钎料的固-液相线(504~522℃)变化较小;当w(Ni)=3%且在570℃、保温30min的钎焊工艺下,A356基体/钎料两界面间发生适当的互扩散和溶解现象(585℃时出现溶蚀缺欠),且部分钎料/SiC颗粒的接触界面发生Mg参与的化学反应,接头抗剪强度达到64.97 MPa;而在同种钎焊工艺下,对于化学镀Ni-P合金镀层后的SiCp/A356复合材料,其接头处A356基体/Ni-P合金镀层/钎料等接触界面易于形成富含Al、Ni的致密反应层,接头连接质量显著提高,且w(Ni)=4%时,接头抗剪强度达到79.96 MPa。     

变形的AZ91D镁合金半固态等温压缩的力学行为

为了了解等径道角挤压(ECAE)的AZ91D镁合金在半固态压缩变形中的力学特征,利用半固态温压缩实验、Gleeble1500实验机和金相显微镜对其在半固态压缩变形中的力学行为进行了研究.结果表明:ECAE的AZ91D镁合金在半固态等温压缩中变形由固相晶粒本身的塑性变形、液相包围着固相晶粒的滑动和转动构成;该材料的真应力-真应变曲线由应力激增阶段、应力下降阶段、稳态阶段和应力增加阶段组成;随保温时间的增加或变形温度的升高,获得相同应变量的真应力明显下降,稳态应力和峰值应力也明显下降;随应变速率的增加,稳态应力增加.     

Steady State Rheological Characteristic of Semisolid Magnesium Alloy

Isothermal compressive experiments at different temperatures, strain rates and holding time for semisolid AZ91D, Zr modified AZ91D and MB15 alloy with higher solid volume fraction were carried out by using Gleeble-1500D simulator and the true stress-strain curves were given directly. The relationship of apparent viscosity vs temperature, shear rate and holding time of the three kinds of semi-solid magnesium alloys, as well as isothermal steady state rheological characteristic and mechanical behavior were studied. The results show that the three magnesium alloys had the characteristic of shear-thinning. The rheological characteristic of the semi-solid MB15 is different from that of semi-solid AZ91D. The semi-solid MB15 has higher apparent viscosity and deformation resistance.     

3A21铝合金半固态坯料制备工艺研究

以3A21铝合金为研究对象,将等径角挤压工艺与等温处理工艺相结合,从实验角度研究其中的工艺参数对半固态组织尺寸形貌的影响。采用Bc路径进行ECAP3道次处理,然后在660℃下保温20,25,30min,得到27个试样的半固态组织。结果表明,随着挤压道次的增加,晶粒尺寸减小,变形更加均匀,并且累积变形能的增多,也为后续半固态等温处理提供了更好的应变诱导条件;保温时间越长,半固态组织演化越完全,晶粒球化越完整,但晶粒尺寸会随着保温时间的延长而长大。最后得出最佳工艺参数匹配:室温下沿Bc路径等径角挤压3道次,660℃下保温25min;最终半固态坯料显微组织的平均等积圆直径d=83.7μm,平均形状系数Fc=0.84。     

A2017合金半固态压缩的变形机制和成形性能

利用Gleeble-1500热学-力学模拟机,对A2017半固态合金进行半固态压缩变形实验,分析了应力-应变曲线和组织变化,研究了压缩变形机制及成形性能结果表明,用单辊搅拌冷却(SCR)技术制备的A2017半固态合金的组织为细小均匀的非枝晶等轴晶,二次加热后可转化为均匀的球形晶和共晶液相组成的半固态组织;A2017合金半固态压缩变形的塑性好、变形抗力低;随着变形温度的升高或者变形速率的降低,变形的抗力降低.在稳定的流动变形阶段,A2017合金的半固态变形机制主要由液相流动和固相颗粒的转动与滑动组成,触变性能稳定,最大半固态加工变形范围为60%左右.     

大塑性变形的AM60镁合金半固态等温处理研究

为了制备晶粒细小且球化程度高的的AM60镁合金半固态坯料,对铸态和等径道角挤压态的AM60镁合金半固态等温处理过程进行了研究.借助金相显微镜对AM60镁合金铸坯和等径道角挤压后的铸坯在半固态等温处理中的微观组织演变进行了观察.研究结果表明:对于AM60镁合金,直接等温处理获得的半固坯晶粒很粗大,其平均晶粒尺寸都在100μm以上,晶粒球化效果不理想,很难获得合格的半固态坯;新SIMA法是一种非常理想制备AM60镁合金半固态坯的方法,利用该方法制备的AM60半固态坯的微观组织晶粒十分细小,平均晶粒尺寸在8～22μm,晶粒球化程度高;随着保温时间的延长,新SIMA法制备的AM60半固态坯的微观组织出现长大现象;随着等温处理温度的升高,固相晶粒的平均尺寸先增加后减小,晶粒球化程度越来越高.     

Compressive Deformation of Semi-Solid AZ91D Magnesium Alloy

The compression tests of semi-solid AZ91D Mg alloy have been conducted on a parallel-plate viscometer. The results are as follows. With increasing the compression temperature, the deformation rate or the strain rate of the specimens rises, but the compressive stress continuously decreases; the deformation strain is obviously linear with the compressive stress and independent on compression temperature under a given compression load. In the wake of the compression load being added, the compressive strain increases but the compressive stress decreases clearly; the deformation strain is obviously linear with the compressive stress under different compression load. The mathematical apparent viscosity model about the semi-solid compressed AZ91D Mg alloy has been established, i.e. ηapp=2004.2exp(15.61fs)γ1.317fs-1.3511.     

等温热处理对AZ61稀土镁合金半固态组织的影响

研究了等温热处理对AZ61稀土镁合金半固态组织的影响,结果表明:随着等温热处理温度的升高,铸态合金中的初始枝晶组织演变成了半固态非枝晶组织,经过了粗化、组织分离和球化三个过程。在等温热处理过程中,稀土La的加入阻碍了原子向固相粒子的聚集和固相粒子的合并,抑制了固相粒子的进一步长大,使半固态非枝晶组织更加细小。经过不同保温时间后,不规则的大块状组织开始球化,形成大量的近球形颗粒。但是,随着保温时间的进一步延长,球化的颗粒开始粗化长大且在颗粒内形成了大量的液岛。枝晶组织的球化过程,包括二次枝晶壁消失和Ostwald熟化。     

基于SIMA法的铝合金复杂构件触变锻造成形技术

采用半固态触变锻造技术成形铝合金构件,容易实现轻量化、低成本、短流程制造,因此在汽车、航空航天等领域应用广泛,但是对于高强铝合金复杂形状构件触变锻造存在半固态坯料制坯工序复杂、制件固液偏析严重和力学性能较弱等问题。基于SIMA制坯方法,提出了分级热处理、快速感应重熔和梯度等温处理等重熔工艺以及触变-塑变复合成形等新成形技术,优化了变形铝合金二次重熔半固态组织调控和触变锻造技术,获得了良好的半固态球晶组织并成形出合格的制件,最后提出了铝合金触变锻造成形中仍需解决的问题和发展方向。     

Al-4Cu-Mg合金半固态压缩时微观组织的计算模型

研究了Al-4Cu-Mg合金半固态压缩变形过程中微观组织参数的变化.结合模糊数学和人工神经网络理论,以Al-4Cu-Mg合金半固态压缩变形时的变形温度、变形程度和应变速率为输入参数,以变形后的晶粒等效直径或分形维数为输出参数,建立了Al-4Cu-Mg合金半固态压缩时的微观组织计算模型.研究结果表明,计算结果与实验结果吻合较好.因此,应用本模型可对Al-4Cu-Mg合金半固态成形过程中的微观组织演变进行预测,为优化变形工艺参数提供了简便、适用的方法.     

Microstructure Characteristics of Interaction Layer of Zn-Al Eutectic Alloy with Al2Oap/6061Al Composites

The interaction between Zn-Al eutectic alloy and Al2O3p/6061Al composites in the vacuum furnace was investigated. Great attention has been paid to the elements diffusion, the microstructure and formation of the interface between Zn-Al eutectic alloy and Al2O3p/6061Al composites. Experimental results show that Zn-Al eutectic alloy has a good wetting ability to Al2O3p/6061 Al composites and the wetting angle decreases with increasing the temperature in vacuum. After the interaction,an interaction layer forms between Zn-Al alloy and Al2Oap/6061 Al composites. The phases in the interaction layer mainly consist of α-Al(Zn), Al2O3 and CuZns resulted from the diffusion of elements from the Zn-Al alloy. Several porosities distribute in the region near the interface of the Zn-Al alloy/interaction layer. The amount of shrinkage voids in the interacting layer is relevant to the penetration of Zn element into Al2O3p/6061Al composites which is a function of temperature. So it is necessary to lower heating temperature in order to limit the Zn penetration.