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生产应用
焊接 2004( 6) 高温钎焊及扩散焊技术网上研讨会论文
不锈钢真空钎焊焊接接头的组织和力学性能
内蒙古工业大学材料学院( 呼和浩特市 010062) 北京航空制造工程研究所( 100024)
陈芙蓉 刘 军 董俊慧 刘方军 陈 刚
摘要 主要对采用 BN-i 2、BN-i 5、BP- 1、Cu 四 种不同 钎料的 1Cr18Ni9T i 不 锈钢真 空钎焊 焊接 接头 的显微 组织 和力学性能进行分析。结果表明: 钎缝的组织与钎焊温度和钎料的成分等因素 有关, 在 本次试验 条件下, 使用 BN-i 2 钎料钎焊得到的钎缝组 织中出现了大量的化合物相; 而采用其余三种钎料, 即 BN-i 5、BP- 1 和 Cu 钎焊时, 其钎缝 中只有少量的化合物相, 钎缝接头的力学性能与其显微组织 有关, 使用 BN-i 2 钎料钎焊 的焊接 接头力学 性能较 差, 而其余三种钎料钎焊的焊接接头力学性能较好。上述 试验结 果可为 研究真空 钎焊提 供必要 的试验 数据和 理论依 据。
温度 T / e
钎料
Ni
Cr
B
Si
Fe
C
Cu
固相 线Βιβλιοθήκη 液相线BNi- 2
余量
6~ 8 2. 75~ 3. 5 4~ 5
2. 5~ 3. 5
0. 06
)
971
999
BN- 5
余量 18. 5~ 19. 5 0. 03 9. 75~ 10. 5
)
0. 1
BP- 1
27~ 30
)
0. 1~ 0. 3 1. 2~ 2. 0 < 1. 5
图 1 剪切试验接头试样
1. 2. 2 金相组织观察 接头的金相试样磨片一般 在钎缝的横截 面制取。
制备过程包括观察面的粗加工、磨光、抛光、浸蚀和观 察等步骤。制备好的磨片在浸蚀前用肉眼或放大镜观 察钎缝是否含有未焊透、夹杂、气孔、裂纹等宏观缺陷。 浸蚀液根据不同的钎料采用相应的成分。浸蚀后在显 微镜下观察钎缝区的微小缺陷、钎缝、扩散区及母材金 属的组织结构[ 2] 。
)
纯铜
)
)
)
)
)
)
) 余量 余量
1 073 1 080
1 135 1 120 1080
1. 2 试验方法 1. 2. 1 真空钎焊过程
钎焊试样的表面用 400 号碳化硅砂布沿一定方向 打磨。钎焊前, 待钎焊面及周围采用丙酮、酒精等有机 溶剂进行清理, 去除油污及氧化物等杂质, 为避免钎焊 时试件的偏移, 应采用适当的夹具或定位焊定 位。钎 缝间隙根据母材与钎料的性质可在 0. 02~ 0. 3 mm 之间 选择。
图 6 是采用纯铜钎料钎焊 1Cr18Ni9Ti 不锈钢接头 的显微组织。钎焊温度为 1 130 e , 钎焊时间为 10 min。
钎料
接头破坏载 荷 F / kN
31. 3
BNi- 2
28. 5
30. 9
34. 8
BNi- 5
33. 8
34. 1
48. 0
BP- 1
48. 9
48. 5 49. 6
由图可见, 钎缝组织中均出现了少量化合物相, 钎 缝中形成的化合物相的主要元素是硅。这是由于硅的 原子半径比硼大, 其扩散系数比硼小, 中部原子来不及 扩散, 从而形成化合物[ 4] 。另外, 由于大部分元素已扩 散到母材, 在母材一侧近缝区出现了网状组织。 2. 1. 3 BP- 1 钎料
图 5 是采用 BP - 1 钎料钎焊 1Cr18Ni9T i 不锈钢 接头的显微组织。钎焊温 度为 1 180 e , 钎焊 时间为 10 min。由图可见, 其钎缝组织 中均有少量化合物相出 现。 2. 1. 4 纯铜钎料
采用四种钎料钎焊的焊接工艺参数如表 2 所示。
表 2 不同钎料的真空钎 焊工艺参数 钎料 钎焊温度 T / e 保温时间 t/ min 真空度 P / @ 10- 2Pa
BNi- 2
1 040
10
3~ 5
BNi- 5
1 180
10
2~ 4
BP- 1
1 180
10
2
纯铜
1 130
10
2
切试样的接头形式为棒状试样接头( 图 1) , 剪切试验应 在固定拉伸加载夹具上进行。拉伸和弯曲试样的接头 形式为板状试样接头( 图 2) , 力学性能测试在万能材料 试验机上进行。为避免试样上出现附加的弯曲应力, 所 有试样均在具有可调紧固的夹具上进行[ 3] 。
图 3 是采用 BNi- 2 钎料钎焊 1Cr18Ni9Ti 不锈钢接 头的显微组织。钎焊温度为 1 040 e , 钎焊时 间为 10
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min。 由图 3 可见, 钎缝组织由两部分组成: 一部分是靠
近母材与钎缝界面与之平行的固溶体组织; 另一部分 是位居中部的化合物相组织。这是由于钎缝中的硼在 钎焊时间内未能充分扩散, 使 得硼含量超过其在镍中 的极限固溶度, 因此在钎缝中产生了硼的化合物相。
焊接 2004( 6)
由图可见, 其钎缝组织以纯铜单相组织为主。母材一侧 近缝区有铜元素渗入, 形成化合物相。
图 5 采用 BP- 1 钎料的焊接接头显微组织 200 @
图 3 采用 BNi- 2 钎料的焊接接头显微组 织 200 @
2. 1. 2 BNi- 5 钎料 图 4 是采用 BNi- 5 钎料钎焊 1Cr18Ni9Ti 不锈钢接
Key words: vacuum brazing, stainless steel, microstructure, mechanical properties
0前 言
近年来, 钎焊技术在 各工业部门中占据 着越来越 重要的地位, 尤其在电器仪表 及国防工业中已成为不 可取代的工艺方法。在对航空用合金如不锈钢、耐热 合金、钛、铌、钽和其它一些高熔点金属进行钎焊时, 一 般采用真空钎焊。真空钎焊是在真空气氛中, 不用钎 剂而进行钎焊的一种方法。其优点在于: 因 不用钎剂 显著提高了产品的抗腐蚀性, 工艺的可控性好。目前, 国内外学者对不锈钢真空钎焊工艺及其特性进行了研
Abstract The microstructure and mechanical properties of 1Cr18Ni9Ti stainless steel vacuum brazed joints which using four kinds of brazing filler metals, that is BNi- 2, BNi- 5, BP- 1 and Cu, are analyzed in this paper. The results show that, the microstructure of brazing seam are related to the brazing temperature and the composition of brazing filler metals. The microstructure of brazing seam in which using BNi- 2 brazing filler metal is composed by large scale of chemical compounds; however, there are a small amount of chemical compounds in brazing seam using the other three kinds of brazing filler metals. The mechanical properties of brazed jointed are closely related to their microstructures. The mechanical properties of brazed joint using BNi- 2 are better than that of other three kinds of filler metals. These testing results can offer necessary testing data and theoretical basis for the study of vacuum brazing.
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果。由表 3 可见, 四种钎料真空钎焊后接头抗剪强度由 高到低依次为: 纯铜、BP- 1、BNi- 5、BNi- 2。以纯铜 为钎料的试样接头, 接头组织中只有极少量化合物, 铜 已经扩散到母材一侧的近钎缝处。因此其抗剪强度较
高。而 BP- 1 为钎料的试样接头组织中因含有少量 化合物, 使其抗剪强度略有下降。
金相分析包括焊缝、过渡区和母材的显 微组织分 析, 在放大倍数为 200 倍下进行观察, 对比用不同种钎 料钎焊接头微观组织的差别。 1. 2. 3 力学性能测试
力学性能测试根据现行国家标准 GB8619 ) 88。剪
图 2 拉伸试验接头试样
2 试验结果及分析
2. 1 金相组织分析 2. 1. 1 BNi- 2 钎料
究, 并取得了一定成果[ 1~ 2] 。然而针对不同钎料对不锈 钢组织和性能的探讨还较少。本文主要对采用四种不 同钎料的不锈钢真空钎焊焊接接头的组织和力学性能 进行了对比分析, 其目的是通过对比不同钎料真空钎焊 接头的力学性 能, 来评估它们 钎焊接头力学 性能的差 异, 从而为真空钎焊工艺研究提供一定的试验数据。
216. 0 201. 0 337. 3 350. 7
208. 0 343. 9
由表 4 中数据可见, 由于以纯铜、BNi- 5 为钎料的 钎焊接头组织中脆性化合物量极少, 用它们钎焊的接 头抗拉强度较高。而由于 BNi- 2 钎料钎焊的试样接头 组织中出现大量脆性化合物, 导致其接头抗拉强度很 低。B P- 1 钎料钎焊试样接头中有部分化合物, 从而 使其接头强度与纯铜钎料接头强度相比也有所下降。 2. 2. 3 弯曲试验结果及分析