熔敷金属膨胀系数对YG20硬质合金与45#钢激光焊的影响

选取ENi102焊条,Z408焊条和Fe55NiC焊丝,以电弧焊的方式在45^#钢表面堆焊过渡层,再与YG20进行激光焊接,对激光焊接头进行了扫描电镜(SEM)观察、硬度测试,弯曲力学性能试验,并对母材和过渡层材料进行了膨胀系数测试,研究了过渡层材料熔敷金属膨胀系数对硬质合金与钢激光焊的影响。研究结果表明：YG20硬质合金与45^#钢无过渡层直接激光焊时,在焊缝与硬质合金界面位置生成了有害脆性η相和鱼骨状共晶碳化物,且硬质合金侧形成宽15μm左右的WC疏松区,导致接头性能较弱;45^#钢表面堆焊铁镍合金和纯镍都可以抑制界面脆性η相的生成,碳化物呈点状弥散分布,界面碳化物的量与焊缝Ni元素浓度有关,Ni元素浓度越高,形成的点状碳化物越少;过渡层金属的膨胀系数是影响接头力学性能的主要因素,改变过渡层中的Ni含量可以调整膨胀系数的大小,当过渡层的膨胀系数介于45^#钢与硬质金之间,并且接近硬质合金时,缓解应力作用最强,对接头力学性能提高最有利。     

Ni-Fe-C对YG30硬质合金与45#钢TIG焊过程中η相形成的影响

采用Ni—Fe—C合金作为填充金属，实现了YG30硬质合金与45^#钢的TIG焊。采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射和显微硬度等方法对焊后试样的焊接接头进行了分析。结果表明：(1)采用Ni—Fe—C合金可以获得YG30硬质合金与45^#钢TIG焊的焊接接头；(2)在Ni—Fe合金的基础上加入适量的C可以抑制YG30／焊缝界面侧大块η相的形成；(3)由于C的扩散而引起的W—Co—C体系的贫碳与YG30／焊缝处高浓度Fe的出现是η相形成的重要原因，YG30／焊缝界面侧形成的η相为M6C型和M12C型复合碳化物。     

钒作中间层的TC4钛合金与316L不锈钢双道激光焊接

采用TC4钛合金和316L不锈钢作为母材，纯钒作为中间层材料，进行了双道激光焊接试验。研究了焊接速度、光束偏移量对焊缝成形、显微组织、力学性能的影响，并进行了分析测试。结果表明：在钛合金一侧的钒中间层可发生一定程度的熔化，但界面近域均为固溶体，对接头的力学性能影响较小。在钒与不锈钢一侧，钒中间层与不锈钢呈钎焊界面，钒发生一定程度的溶解与扩散，形成扩散层。随着钢侧光束偏移量的增加，V/Fe界面扩散层的厚度减小，偏移量为0.3 mm时，界面扩散层厚度达到35.8μm，此时抗拉强度最高达到406.9 MPa，断裂位置为钒/不锈钢界面处，断口呈韧性断裂特征。     

Ti60合金板材电子束焊接接头组织性能研究

研究了Ti60合金板材电子束焊接接头的显微组织与力学性能.研究表明,焊接接头熔合区中的显微组织由针状α′相、α相和β相组成,热影响区的显微组织为β相转变组织、针状α′相及部分未溶解的等轴初生α相组成的混合组织.焊接接头硬度呈不均匀分布,焊缝熔合区的硬度最高,热影响区次之,母材区最低.焊接接头的室温和高温拉伸均断裂于母材区,焊接接头处拉伸强度等同于接头处母材区的强度.焊接接头的持久断裂均发生于焊缝区域,接头的持久寿命均100 h.     

WC-TiC-Ni/304不锈钢MIG焊缝界面碳化钨溶解特征研究

以Φ1.2 mm纯Ni焊丝为填充金属,母材硬质合金侧开坡口或不开坡口,利用熔化极惰性气体保护焊(MIG)弧焊机器人实现了低粘结相WC-TiC-Ni系硬质合金与304不锈钢的异质连接。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)以及电子探针(EPMA)研究了焊缝组织、形貌及界面元素扩散。讨论了接头硬质合金侧界面碳化钨溶解特征、异常晶粒长大(AGG)特征及影响因素。结果表明:采用该焊接方法在最佳焊接参数条件下:焊接速度v=45 cm·min-1,送丝速度v'=2.0 m·min-1,电压设定值18 V,保护气体流量15.8 L·min-1,单边开30°坡口,可以获得具有良好冶金结合的焊接接头,而且单边开坡口不留间隙较不开坡口留间隙的焊接效果好;在硬质合金侧界面区,与无填充焊接相比,焊缝中碳化钨溶解量很少;发现碳化钨稀疏层和η相层,通过硬质合金→致密(WC,TiC)/Ni→稀疏(WC,TiC)/Ni(母材中Ni和焊缝中Ni)→η相层实现硬质合金与钢的冶金结合。     

X65管线钢带状组织对焊接性能的影响

研究了X65管线钢不同级别带状组织对焊接接头的显微组织和力学性能的影响.试验结果表明,焊接接头焊缝处有典型的焊缝组织贝氏体,热影响区含有少量的魏氏体、珠光体、晶内成核铁素体和多边形铁素体组织,焊接接头的拉伸断裂部位在焊缝处;带状组织越严重,焊接后的钢板强度和韧性均变差,因此在X65管线钢生产中要严格控制带状组织的形成.     

Zr-Ni中间层对TC4钛合金/304SS不锈钢激光焊接头组织性能的影响

钛合金/不锈钢异种金属焊接结构在现代工业应用中日益广泛,但因母材理化性能差异,导致焊接难度大。根据金属元素冶金相容性选用Zr-Ni组合结构设计填充金属,并使用超声波焊接方法制备填充材料。研究Zr-Ni中间层对TC4/304SS Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)脉冲激光焊接金属间化合物(IMCs)生长行为与机械性能的影响,确定填充材料的可行性。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)分析接头微观结构。使用显微硬度仪及抗拉强度测试评价接头力学性能。表明:在最优参数下TC4/304SS接头无宏观裂纹,沿界面均匀分布的IMCs呈现2层颜色明显不同的组织结构,焊缝生成了FeTi,Fe2Ti和少量Ti5Cr7Fe17IMCs,接头在正应力作用下发生脆性解理断裂;制备的Zr-Ni中间层有效阻隔了母材混合,边界形成的固溶体有助于提高接头强度,同时形成的Zr/Ni IMCs具有延展性,TC4/Zr-Ni/304SS接头抗拉强度达213.7 MPa。所制备的填充层对提升该异种金属接头力学性能和分析其焊缝组织变化具有重要意义。     

Cu对镁合金/双相钢激光深熔焊组织及力学性能影响

采用纯Cu粉末作为中间层,开展镁合金(AZ31B)和冷轧热镀锌钢(DP590)激光搭接深熔焊,对镁/钢非互溶不反应焊接体系进行调控。主要研究了纯Cu粉末对镁合金/钢激光搭接深熔焊接接头的焊缝成形、组织、元素分布以及力学性能的影响。结果表明,相比镁合金/钢直接焊接,Cu元素的加入能够降低焊接时熔融态Mg的蒸气压,提高焊接过程中的稳定性,减少飞溅和凹坑等焊接缺陷,改善焊缝成形;此外,Cu能够降低Fe-Al金属间化合物的反应温度,使Fe,Al和Mg这3种元素在液态下共存,促进镁/钢界面处生成均匀连续的Fe-Al中间层,同时也能在镁/钢界面处抑制影响接头力学性能的MgZn生成;Cu粉的加入有效提升了接头的力学性能,接头的抗拉剪力达到72.8 N·mm^-1,相比镁合金/钢直接焊接的接头力学性能提升17%。     

WC系钢结硬质合金断裂过程与断裂机制的研究

用金相显微镜观察了WC系钢结硬质合金在三点弯曲载荷作用下的一断裂过程。试验结果表明,在外加载荷作用下,裂纹茵先在WC相粗大粒子和碳化物偏集区WC相粒子界面及碳化物偏集区的孔隙处萌生;随着应变量增大,已开裂WC相粒子中的解理裂纹张开粗化,与此同时较小的WC相粒子发生开裂;裂纹沿WC相与WC相粒子界面扩展,并穿过WC相粒子间的钢基体相薄层,然后裂纹沿WC相或二次碳化物粒子与钢基体相交界面扩展并撕裂钢基体相,最终导致试样完全断裂。作者根据对断裂过程的观察和断裂试样断口的分析结罘,讨论了WC系钢结硬质合金断裂的微观机制,并提出了提高材料抗脆性断裂能力和防止早期破裂的途径。     

焊接电流对镁/镀锌钢 TIG熔--钎焊接头显微组织与力学性能的影响

采用TIG熔-钎焊焊接方法,以镁合金焊丝为填充材料,对镁合金与镀锌钢进行连接实验,并分析热输入量对接头显微组织和力学性能的影响.热输入量过小会阻碍镁/钢界面反应层的形成而使得焊缝难以焊合,热输入量过大又会促进焊缝内部脆性第二相的长大,降低接头力学性能.接头强度随着焊接电流和焊接速度的增大都呈现先上升后下降的趋势,电流为70 A时强度达到最大,该值接近AZ31B母材的88.7%.此时断裂发生于焊缝熔焊区,断面出现大量韧窝和撕裂棱,呈现出塑性断裂特征.      

TiZrNiCu钎料真空钎焊TZM合金接头界面组织及力学性能

采用Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料箔实现了TZM合金的真空钎焊连接,研究了钎焊温度和保温时间对接头界面微观组织结构及力学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了接头界面组织及物相成分、确定接头的断裂位置和断裂方式,通过X射线衍射仪(XRD)分析确定接头中存在的物相。研究结果表明:接头典型界面组织为TZM/Ti-Mo固溶体+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/TZM,随着钎焊温度或保温时间的增加,钎缝中Ti-Mo固溶体的含量增加,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少,且Ti-Mo固溶体中Mo元素的原子比例增加,钎缝与母材连接界面处、母材中的裂纹状结构含量增加。随钎焊温度或保温时间的增加,接头剪切强度先增大后减小,当钎焊温度1020℃,保温时间20 min时,接头具有最大剪切强度105 MPa。断口分析表明,断裂位置为钎缝与母材连接界面,断裂方式为解理断裂兼部分沿晶断裂。     

真空熔结钢结硬质合金/Q235钢界面组织性能研究

采用真空熔结工艺制备了TiC钢结硬质合金/Q235钢复合板,研究了复合板界面显微组织和力学性能。结果表明：钢结硬质合金与Q235钢基体之间形成了一定宽度的互溶区,互溶区宽度主要取决于熔结温度和熔结时间。Mn、Ni、Mo元素由钢结硬质合金经互溶区向基体中扩散,Fe元素由基体通过互溶区向钢结硬质合金扩散。互溶区是材料显微组织、化学成分及显微硬度变化的过渡区。复合板界面剪切强度为176～245 MPa,表明钢结硬质合金与Q235钢基体之间形成冶金结合。     

掺杂稀土的高速钢预合金粉对WC基钢结硬质合金组织和性能影响

钢结硬质合金是一种性能介于硬质合金与高速合金钢的材料,可以取代部分传统硬质合金与工模具钢在模具和切削刀具领域的应用。本研究采用气雾化法制备稀土掺杂高速钢预合金粉作为钢结硬质合金的粘结相,制备了掺杂稀土的WC基钢结硬质合金,用扫描电子显微镜观察了样品的显微组织和断口形貌,并对合金的密度、硬度、抗弯强度和冲击韧性进行了检测。研究结果表明,在高速钢预合金粉中掺杂稀土元素能提高WC基钢结硬质合金的密度,改善其硬度、抗弯强度、冲击韧性等力学性能;添加Ce元素的效果好于Y元素;采用掺杂稀土元素Ce的高速钢预合金粉制备的WC基钢结硬质合金力学性能优于传统球磨混料法掺入稀土元素Ce制备的WC基钢结硬质合金。     

不同粘结相WC基硬质合金微观结构与性能

以碳质量分数为理论含碳量的WC为硬质相，在1450℃下通过气压烧结制备WC-20Fe,WC-20Ni和WC-20Co硬质合金，通过X射线衍射、扫描电子显微镜、电子探针和力学性能测试研究了不同金属粘结相对烧结硬质合金微观结构和力学性能的影响。结果表明：WC-20Fe合金出现η脱碳相(Fe₃W₃C),W在粘结相Fe中的溶解度仅有1.915%(质量分数)，WC晶粒尺寸最小。WC-20Ni合金渗碳出现石墨相(C),W在粘结相Ni中的溶解度达到10.753%(质量分数)，WC晶粒尺寸最大，合金硬度最小。WC-20Co合金为正常两相区组织(WC+γ)，具有最高抗弯强度2720 MPa和最大硬度934.41 kg·mm^-2。所有合金断裂模式均为脆性断裂和沿晶断裂，WC-20Co合金断口出现明显的粘结相撕裂。     

TA19钛合金电子束焊接头微观组织与性能研究

采用电子束焊接方法对TA19钛合金进行焊接,分析了电子束焊接头各区域的显微组织类型及形貌,测试了接头的显微硬度、室温拉伸、疲劳裂纹扩展速率及断裂韧性等力学性能,并与TA19钛合金母材进行对比。研究表明,焊缝区为粗大的柱状晶组织并存在大量相互交错分布的针状马氏体相,热影响区内随着离熔合线距离的增加马氏体数量逐渐减少;焊缝区显微硬度最高,比母材区显微硬度高出约HV80,随着向母材区过渡显微硬度逐渐降低;焊接接头室温抗拉强度、屈服强度性能及断面收缩率均与母材基本相当,但延伸率略有下降;焊缝区粗大的柱状晶组织硬度高,脆性大,导致焊缝区对疲劳裂纹扩展的抗裂性要低于母材;母材及焊缝KIC值分别为54.49和52.88 MPa·m^1/2,母材抵抗裂纹扩展断裂的能力略好于焊缝。     

钴铁镍复合黏结相超细硬质合金显微组织与性能

钴作为硬质合金应用最广泛的黏结剂,存在资源稀缺、成本高昂以及WC-Co硬质合金耐腐蚀性能较差等问题,综合考量生产成本与改善性能,本研究采用铁镍部分代替钴组成复合黏结剂,以其制备超细硬质合金,研究其显微组织和力学、耐蚀耐磨性能的关系。结果表明,黏结相中Fe/Ni质量分数比增加,使得合金WC晶粒细化和黏结相分布不均,合金的硬度和抗弯强度分别提高与降低。合金在中性NaCl溶液中的耐腐蚀性能评估采用极化曲线测试与浸泡实验,黏结相添加Ni能提高合金耐蚀性,归因于Ni的钝化特性与促进腐蚀产物膜的形成。硬质合金摩擦系数和磨损率与Fe/Ni质量比呈负相关,合金耐磨性的提高主要归因于黏结相的强度增强和WC晶粒细化合金硬度提高。      

铜/钛异种金属焊接微观组织及力学性能研究

研究采用电子束偏置铜侧的方法完成了T2铜和TC4的异种金属焊接，并采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、显微硬度及抗拉强度测试等方式分析其微观组织及力学性能特征。研究结果表明：铜侧焊接具有成形较好的焊缝，焊缝表面鱼鳞纹较均匀，成形较好，无明显的微裂纹、气孔以及夹渣现象，电子束焊接可实现单侧焊接双面成形。钛合金侧焊缝可观察到宽度25～40μm的金属间化合物层，金属间化合物层由多种反应产物组成，金属间化合物层的存在将恶化接头的力学性能。在偏铜侧1.5 mm焊接时，抗拉强度可达到152 MPa，相当于T2 Cu抗拉强度的66%，拉伸断口表现为脆性解理断裂，引起断裂的主要物相为CuTi相。     

钛合金与不锈钢扩散焊接头断口分析

通过对TA17／0Cr18NigTi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B—Ti、FeTi、Ee2Ti、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B—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。     

MHC/GH4099热等静压扩散焊接头组织演化及断裂机制

实验研究了不同中间层(Ni-Cr-Si-B、Ag-Cu-Ti、Ti-Cr-Ni、Nb-Ni)对MHC与GH4099合金热等静压扩散焊工艺(HIP-DB)下接头力学性能的影响。在热等静压工艺为1 150℃/130 MPa/180 min时,采用Nb-Ni中间层获得了可靠的MHC/GH4099焊接接头。采用Nb-Ni中间层的接头抗拉/抗剪强度达到84/41 MPa,高于采用Ni-Cr-Si-B、Ag-Cu-Ti和Ti-Cr-Ni中间层的连接强度。其扩散诱导反应层为Mo-Nb固溶体、Ni₈Nb、Ni₃Nb和Ni₆Nb₇,对其强度和厚度进行了测定,以建立界面微观结构与接头性能的相关性。研究发现,析出相Ni₃Nb强度高、塑性好,对接头高温性能有益,裂纹从Mo-Nb固溶体处萌生,沿晶扩展至中间扩散层。     

纯铁中间层对热轧钛/钢复合板性能的影响

针对钛和碳钢热轧复合时,复合界面容易形成脆性化合物的问题,通过添加工业纯铁为中间层材料,将坯料在850℃下加热2 h后进行热轧复合,通过光学显微镜、扫描电子显微镜观察以及拉伸、弯曲和拉剪试验,研究纯铁中间层对复合板界面微观形貌和力学性能的影响。结果表明,在压下率较小时,加入纯铁中间层有利于提高钛/钢复合板的复合强度;在压下率较大时,加入纯铁中间层和不加入纯铁中间层均能达到较高的复合强度;加入纯铁中间层可以有效改善钛/钢复合板弯曲性能和拉伸性能。