BNi-7钎料真空钎焊纯Fe、纯Ni、纯Mo、纯Cr及扩散行为研究

摘要

316L不锈钢因含碳量低,具有优良的耐晶间腐蚀性能,广泛用于制造热交换器、冷却器等耐腐蚀钎焊部件。采用常用的含B、Si等降熔元素的镍基钎料如BNi-2和BNi-5钎焊不锈钢时,容易产生溶蚀、晶界渗入脆化等不利现象, BNi-7钎料具有较低的熔点和良好的流动性,适宜钎焊不锈钢薄壁件,但是对BNi-7钎料的组分与母材金属之间的溶解和扩散行为的研究较少。
　　316L不锈钢主要含有Fe、Ni、Mo、Cr等成分,因此本文采用BNi-7镍基钎料真空钎焊Fe、Ni、Mo、Cr四种纯金属,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及其附带的能谱分析仪(EDS)及数字式显微硬度计,研究了四种纯金属钎焊接头的溶解和扩散行为,及钎焊工艺参数对钎焊接头组织和性能的影响规律。最后采用Thermo-Calc相图软件预测接头中形成的物相,并采用DICTRA软件模拟接头中元素的扩散行为,进而检验Thermo-Calc和DICTRA软件用于制定钎焊技术规范的可行性、可靠性,为316L不锈钢的真空钎焊规范提供理论依据和技术参考。
　　研究结果表明:采用BNi-7钎料真空钎焊Fe/Ni/Mo/Cr四种纯金属,钎焊接头均有三部分组成,即非等温凝固形成的钎缝中间区,组织为富Cr和Fe的Ni基固溶体和Ni+Ni3P共晶组织以及Ni(Cr, Fe)-P金属间化合物;等温凝固形成的界面反应区,组织为分布有少量Ni+Ni3P共晶组织的富Cr的Ni基固溶体组织;以及元素扩散形成的扩散影响区。对于同一种钎焊工艺参数的钎焊接头,沿钎料流入的头部至尾部方向,固溶体组织逐渐减少,脆性化合物随之增多,因此,钎焊接头头部的组织较尾部均匀,性能较尾部优异。随钎焊温度的增加、钎焊保温时间的延长以及接头间隙的减小,钎焊接头中的固溶体含量增多,脆性化合物含量减少,钎料和母材金属能实现更强的冶金化学反应。钎焊接头的显微硬度曲线表明,接头脆性化合物的显微硬度最高,固溶体次之,扩散影响区最低,随着钎焊工艺参数的优化,接头显微硬度峰值下降,接头脆性现象得到有效控制。对于Fe/Ni/Mo三种纯金属,最佳钎焊规范为980℃钎焊温度、30min钎焊保温时间和30μm接头间隙,对于纯Cr金属,最佳钎焊规范为980℃钎焊温度、5min钎焊保温时间和30μm接头间隙。
　　Thermo-Calc软件计算表明,纯Fe钎缝中产生的物相有LIQUID、FCC_A1、BCC_A2和M3P_TETR,Ni和Fe元素富集于FCC_A1相,Cr和P则富集于BCC_A2相,与试验结果相一致。DICTRA软件对纯Fe接头的元素扩散模拟表明,Ni和Cr的扩散模拟结果与试验结果相吻合, Fe和P的扩散模拟与试验结果存在一定误差,但误差较小,这是由于平衡凝固和非平衡凝固两种不同条件造成的。模拟计算结果表明Thermo-Calc和DICTRA软件用于钎焊工艺的指导具有一定的科学性、可行性、可靠性和高效性。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 真空钎焊及过渡液相连接技术原理

1.3 不锈钢及316L不锈钢简介

1.4 不锈钢真空钎焊用钎料

1.5 材料加工的计算机应用及Thermo-Calc软件简介

1.6 本课题主要研究内容

第二章 试验条件与工艺方案

2.1 试验材料与设备

2.2 工艺参数的选择

2.3 试验过程

第三章 试验结果与分析

3.1 引言

3.2 试验结果

3.3 纯Fe接头组织和性能的分析

3.4 纯Ni接头组织和性能的分析

3.5 纯Mo接头组织和性能的分析

3.6 纯Cr接头组织和性能的分析

第四章 采用Thermo-Clac计算的扩散行为分析

4.1 引言

4.2 以纯Fe为例的模拟计算

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢