铝合金钎焊夹具用钢线膨胀系数改善研究

摘要

6063铝合金具有低密度，高的比强度，优良的耐腐蚀性，价格适中等优点，使其不但在航空航天等国防工业，而且在汽车，建筑铝门窗，电子等诸多行业都得到大量的应用。在铝合金的加工技术中，钎焊是重要的加工工艺之一，钎焊夹具涉及整个钎焊过程，夹具设计的好与坏对焊件质量有着直接影响。
　　 首先要考虑夹具与焊件之间的热膨胀，确保夹具能够约束和减小焊件的变形，还要保证有适合的接头间隙。其次还要考虑具有一定的力学性能，确保在钎焊过程中不变形，夹具不丧失强度。6063铝合金的钎焊温度是620℃，在目前所使用的夹具材料1Cr18Ni9Ti的共析转变温度附近，长时间使用下会发生相变导致线膨胀系数变化，导致夹具与焊件因热膨胀不同产生变形应力，严重影响焊件的尺寸精度和使用性能。
　　 众所周知，钢的线膨胀系数主要取决于组成相的特性，其中奥氏体的线膨胀系数最大。Fe-13Mn-C合金通过固溶处理可获得奥氏体，而Ni能够扩大奥氏体区，对奥氏体稳定性起到增强的作用。本实验通过研发一种新型的Fe-Mn-C-Ni高膨胀合金作为夹具材料，更好地平衡力学性能及热膨胀性能来满足生产实践的要求，达到提高焊件质量的目的。通过对8种不同成分的Fe-Mn-C-Ni合金在620℃保温300h过程中，合金的组织变化、力学性能、平均线膨胀系数的变化研究，讨论主要元素对显微组织、平均线膨胀系数和力学性能的影响，以期研发出一种综合性能优良的Fe-Mn-C-Ni高膨胀合金。
　　 实验结果表明：Fe-13.78Mn-0.095C-2.27Ni合金适合作为6063铝合金钎焊夹具材料。C含量为0.107％、0.238％、0.379％的Fe-13.5Mn-xC合金，随C含量降低，平均线膨胀系数升高，冲击韧性提高。随着保温时间延长，合金硬度及平均线膨胀系数呈先升高后降低的趋势。保温过程中Fe-13.37Mn-0.107C合金的平均线膨胀系数与6063铝合金更接近。Mn含量为13.37％、16.96％、19.62％的Fe-xMn-0.1C合金，随Mn含量增加，平均线膨胀系数及膨胀量增大，并且大于6063铝合金的平均线膨胀系数及膨胀量，硬度明显降低，冲击韧性显著提高。Ni含量为2.27％、4.78％、6.89％的Fe-13.5Mn-0.1C-xNi合金，随着Ni含量增加，平均线膨胀系数、膨胀量和硬度均降低，冲击韧性提高。Fe-13.78Mn-0.095C-2.27Ni合金的平均线膨胀系数及膨胀量与6063铝合金比较接近。随保温时间的延长，Ni含量为2.27％、4.78％合金的平均线膨胀系数有小幅升高，含Ni6.89％合金的平均线膨胀系数基本没变。经过固溶处理后，实验用的所有合金主要相是γ，还有ε-M、α-M，随着保温时间的延长γ含量降低，ε-M含量增加，冲击韧性呈下降趋势。