钼基钎料真空钎焊TZM合金组织性能研究

摘要

TZM合金具有高熔点、良好的耐腐蚀性，优异的导电导热性能以及线膨胀系数低等特点，是良好的热能存储材料，因此TZM合金被广泛应用在航空航天、核工业和电子行业等重要领域。TZM合金的再结晶温度在1400℃以上，而现在钎焊TZM合金的钎料熔点一般在1000℃以下，为了扩展TZM合金的应用范围，开发新型的高温钎料一直是钎焊领域关注的焦点。
　　本文首先自制了钼镍钛(Mo-52.3Ni-xTiwt.％)和钼钴钛（Mo-63Co-xTiwt.％）[x=0，1，3，5，7，9]高温钎料。利用真空钎焊炉钎焊工业TZM合金，最后借助金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、X射线衍射分析、润湿试验、显微硬度试验、剪切试验以及断口形貌分析等试验分析方法，研究了两种不同类型钎料及其接头的显微组织和性能，初步探讨了钎料中Ti元素在真空钎焊中的扩散行为，进一步分析了Ti元素分布与接头组织和性能之间的相互性及其作用机理。
　　结果表明，采用Mo-52.3Ni钎料真空钎焊TZM合金时，焊缝表面光滑平整，但是焊缝的内部存在扁平状孔洞，这些孔洞大多穿过晶体的内部;采用Mo-52.3Ni-1Ti和Mo-52.3Ni-3Ti钎料真空钎焊TZM合金时，焊缝中存在微小的气孔和夹渣，钎料渗入母材中的量很少;采用Mo-52.3Ni-5Ti钎料真空钎焊TZM合金时，焊缝熔合线处有轻微的熔蚀现象，但是焊缝的宽度一致，焊缝中不存在夹渣、气孔和裂纹等缺陷;采用Mo-52.3Ni-7Ti和Mo-52.3Ni-9Ti钎料真空钎焊TZM合金时，接头的界面组织明显发生改变，而且钎料对母材有很强的熔蚀。Mo-52.3Ni基钎料在焊接TZM合金时，焊缝中主要含有MoNi相和Ni3Mo相等化合物，随着Ti含量的加入，焊缝中会出现Ti基固溶体和Ni3Ti相。剪切结果表明，当Mo-52.3Ni中Ti含量为5％时，真空钎焊TZM合金接头剪切强度最高，为186.43MPa。
　　采用Mo-63Co钎料真空钎焊TZM合金时，钎焊后，母材和焊缝平整均匀，母材无熔蚀现象，焊缝的熔合线平滑，在焊缝的内部无缺陷;Mo-63Co-1Ti钎料真空钎焊TZM合金时，焊缝处有显微裂纹，母材无熔蚀现象，焊缝的熔合线平滑;Mo-63Co-3Ti钎料真空钎焊TZM合金时，焊缝中有显微裂纹,钎料在焊缝中熔解充分，焊缝中晶粒较为细小;Mo-63Co-5Ti真空钎焊TZM合金时，焊缝的结合处没有熔蚀现象，而且没有夹渣、气孔，但是有裂纹缺陷;Mo-63Co-7Ti真空钎焊TZM合金时，焊缝中的显微组织较为粗大，而且在熔合线附近存在缩孔、缩松与显微裂纹等缺陷，有轻微的熔蚀;Mo-63Co-9Ti真空钎焊TZM合金时，焊缝中存在较大的缩孔，有明显的晶间渗透现象。Mo-63Co基钎料真空钎焊TZM合金时，焊缝中主要含有Co7Mo6相、Co3Mo相和Co2Mo3相等化合物，随着Ti含量的加入，焊缝中出现Ti基固溶体。剪切结果表明，Mo-63Co钎料Ti含量为3％时，TZM合金接头剪切强度最高为191.6MPa。
　　综上所述，Mo-52.3Ni-5Ti和Mo-63Co-3Ti真空钎焊TZM合金时，综合性能最优。

目录

声明

摘要

图表清单

1 引言

1．2 TZM合金的连接技术

1．2．2 钨极氩弧焊

1．2．3 激光焊

1．3 钎焊TZM合金的研究现状

1．3．2 钎料的选用

1．3．3 存在问题

1．4．1 研究内容

2 试验过程及研究方法

2．1．2 试验钎料的成分设计

2．2 试验过程

2．2．2 钎焊过程

2．3 组织分析

2．3．2 SEM-EDS分析

2．4．2 焊接接头显微硬度测试

2．4．3 焊接接头剪切强度测试

3 Mo-52．3Ni和Mo-63Co钎焊TZM合金组织与性能研究

3．1．1 Mo-52．3Ni钎料的显微组织

3．1．2 Mo-63Co钎料的显微组织

3．2 Mo-52．3Ni和Mo-63Co钎料钎焊TZM合金接头显微组织

3．2．1 Mo-52．3Ni钎料钎焊TZM合金接头显微组织

3．2．2 Mo-63Co钎料钎焊TZM合金接头显微组织

3．3 Mo-52．3Ni和Mo-63Co钎料钎焊TZM合金性能研究

3．3．1 润湿性能

3．3．2 焊接接头显微硬度

3．3．3 焊接接头剪切强度

3．4 Mo-52．3Ni和Mo-63Co钎料钎焊接头剪切强度影响机理

3．4．1 Mo-52．3Ni钎料钎焊接头剪切强度影响机理

3．4．2 Mo-63Co钎料钎焊接头剪切强度影响机理

3．5 小结

4 Ti对Mo-52．3Ni钎料钎焊TZM合金组织与性能影响

4．1 Ti对Mo-52．3Ni钎料组织的影响

4．2 Ti对Mo-52．3Ni钎料钎焊TZM合金接头组织的影响

4．2．1 Mo-52．3Ni-5Ti钎料钎焊TZM合金接头显微组织

4．2．2 不同Ti含量Mo-52．3Ni钎料钎焊TZM合金接头显微组织

4．3 Ti对Mo-52．3Ni钎料钎焊TZM合金性能的影响

4．3．1 润湿性能

4．3．2 焊接接头显微硬度

4．3．3 焊接接头剪切强度

4．4 Ti对Mo-52．3Ni钎料钎焊接头剪切强度影响机理

4．5 小结

5 Ti对Mo-63Co钎料钎焊TZM合金组织与性能影响

5．1 Ti对Mo-63Co钎料组织的影响

5．2 Ti对Mo-63Co钎料钎焊TZM合金接头组织的影响

5．2．1 Mo-63Co-5Ti钎料钎焊TZM合金接头显微组织

5．2．2 不同Ti含量Mo-63Co钎料钎焊TZM合金接头显微组织

5．3 Ti对Mo-63Co钎料钎焊TZM合金性能的影响

5．3．2 焊接接头显微硬度

5．3．3 焊接接头剪切强度

5．4 Ti对Mo-63Co钎料钎焊接头剪切强度影响机理

5．5 小结

6 结论与展望

6．2 展望

参考文献

个人简历

致谢