钎焊温度对CMSX-4单晶高温合金接头组织与性能的影响侯星宇;孙元
【摘要】采用一种镍基合金钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金, 利用扫描电镜、电子探针等分析手段研究接头的微观组织与相组成, 并利用高温持久试验机测试接头的高温持久性能, 讨论不同钎焊工艺条件下, 接头的组织与性能变化规律及接头的断裂机制.研究发现, 随着钎焊温度的提高, 焊缝中低熔点化合物相减少, 小尺寸凝固缺陷消失, 白色硼化物比例先升高后降低, γ'沉淀相增多, 接头的高温组织稳定性增加.当钎焊温度不低于1 290℃时, CMSX-4单晶高温合金接头在980℃/100 Mpa 条件下的持久寿命可达到400 h.观察接头的断口形貌发现, 断裂均发生在焊缝处, 断裂模式为以脆性断裂为主的混合断裂.%The single crystal superalloy CMSX-4 was brazed with a Ni-based filler alloy, the microstructure and the phase composition were studied by scanning electron microscopy ( SEM), electron probe microanalysis ( EPMA) . The stress rupture property of joint was tested by high temperature stress rupture property testing machine. The result shows that the fracture mechanism and stress rupture property at high temperature of joint transformed with the different brazing temperature. With the increase of brazing temperature, the low melting point eutectic phase and the solidification defect with small size disappears, the proportion of white boron compounds increases firstly and then decreases. Besides, the amount of the precipitated phase and the high temperature structure stability of joint increase. When the brazing temperature is not lower than1 290 ℃, the rupture life of CMSX-4 superalloy under the condition of 980 ℃/100 MPa reac hes up to 400 h.
The fracture morphology of joints shows that all the fractures occurred at the weld seam. The fracture mode of joint is the mixed fracture characterized by brittle fracture.
【期刊名称】《焊接》
【年(卷),期】2019(000)001
【总页数】6页(P40-44,后插3)
【关键词】单晶高温合金;钎焊;持久性能;镍基合金钎料
【作者】侯星宇;孙元
【作者单位】中国科学院金属研究所,沈阳 110016;沈阳科金新材料有限公司,沈阳110016;中国科学院金属研究所,沈阳 110016
【正文语种】中文
【中图分类】TG454
0 前言
CMSX-4单晶高温合金是国外某公司研制的第二代含铼镍基单晶高温合金，其综
合性能优异，现已广泛应用于该国的先进航空发动机中，未来在国内的民用航空发动机上具有广阔的应用前景。通过开展CMSX-4单晶高温合金连接技术研究，不
但可以实现复杂零部件的高性能连接，还可对存在铸造缺陷或服役后的叶片进行修复，有效提高航空发动机可靠性和使用寿命，具有重大应用价值。
分析CMSX-4单晶合金的特性发现，由于该合金含有较高的Al，Ti，W，Ta，Re 等沉淀强化及固溶强化元素，其焊接性较差。常用的氩弧焊、激光焊、电子束焊接、
等离子弧焊等熔焊方法对此类合金进行焊接较易产生裂纹，且由于熔焊过程中母材局部熔化，因而对零件的装配和母材的组织性能均会产生较大影响[1-6]。真空钎焊技术形状适应性和工艺稳定性较好，钎焊过程中母材不熔化，其焊接热过程对母材组织影响小，工件受热均匀，变形量小，是单晶高温合金最常用的连接方法[7-11]。目前，国内对于承受应力较大的区域通常采用(Transient Liquid Phase，TLP)连接方法 [12-16]。但TLP连接的保温时间较长、成本较高，且焊接热过程对母材组织影响较大，并需要严格控制焊缝间隙，对零件的配合精度和母材晶体取向均提出较高要求，工艺适用性不佳[17-18]。因此有必要探寻一种钎焊时间较短、接头性能优良的钎焊连接方法，文中即对此开展研究。
该研究针对CMSX-4合金的成分特点，研制了一种镍基钎料，用于钎焊CMSX-4单晶高温合金，通过对比不同钎焊温度下接头的显微组织，研究钎焊温度对接头高温持久性能的影响，分析接头的断裂机制，优化钎焊工艺，从而获得具有优异高温力学性能的接头。
1 试验材料及工艺
研究中使用的母材为CMSX-4单晶高温合金试棒，试棒的取向为(001)方向，试棒的尺寸为φ13 mm×210 mm，其主要成分见表1。利用线切割机沿垂直于母材CMSX-4单晶棒(001)方向切割成待焊样品，样品尺寸为φ13 mm×35 mm。
文中所用钎料为中国科学院金属研究所自主研制的镍基钎料JSSNi60，粉末的粒径不大于74 μm，其化学成分见表1。将准备好的钎料与粘结剂混合、调匀，然后放置于母材样品的待焊表面，再利用储能点焊机将CMSX-4母材之间的焊缝间隙控制为200 μm，并将适量钎料置于焊接面周围。
将装配好的样品放入真空钎焊炉中，以10 ℃/min的速率将待焊试样加热至
500 ℃，保温20 min，使粘结剂充分挥发，再以10 ℃/min的速率加热至1 070 ℃，保温20 min，使母材与钎料各区域温度均匀一致，随后以20 ℃/min的
速率升温至钎焊温度1 230～1 310 ℃，并保温30 min，焊后快速冷却至200 ℃以下。在钎焊过程中，炉内真空度不低于5.0×10-2 Pa。
利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)观察接头的显微组织，并采用电子探针(Electron Probe Microanalysis, EPMA)对接头的元素分布和各相成分进行分析，推测焊缝的相组成。持久性能测试在悬臂式持久试验机上进行，测试CMSX-4单晶高温合金钎焊接头在980 ℃/100 MPa条件下的持久寿命。
表1 CMSX-4单晶高温合金与JSSNi60镍基钎料的成分(质量分数，%)
2 试验结果
2.1 钎焊温度对接头显微组织的影响
图1为采用JSSNi60镍基钎料分别在1 230 ℃，1 250 ℃，1 270 ℃，1 290 ℃
和1 310 ℃保温30 min条件下钎焊CMSX-4单晶高温合金的显微组织。结合前
期研究结果分析[10,18-19]，接头内主要相组成为高熔点的白色硼化物相(图1中
位置2)、保温阶段形成的初生γ-Ni固溶体(图1中位置5)、弥散分布于γ-Ni中的γ′增强相(图1中位置4)以及钎料凝固阶段依次形成的灰色块状低熔点化合物相(图1中位置6)和深色块状低熔点化合物相(图1中位置1)。分析对比各钎焊温度的接头组织发现，该钎料能在1 230～1 310 ℃的温度范围内对CMSX-4母材进行有
效地钎焊连接，并且随着钎焊温度的增加，焊缝中低熔点化合物相含量减少，白色硼化物比例先升高后降低，小尺寸凝固缺陷消失(图1中位置3)，γ′相含量增加。
如图1a所示，在1 230 ℃/30 min条件下焊接时，接头中出现大量不规则形状的灰色块状相、白色骨架状和块状相、γ′增强相以及少量深色块状相和小尺寸凝固缺陷。利用EPMA对接头进行成分分析可知，其中界面区域成分(原子分数)为
2.37%Si，1.23%Ti，66.89%Ni,11.59%Cr,11.23%Co,6.69%Al，应为钎焊保温阶段形成的初生γ-Ni相及弥散分布其中的γ′相[10]。保温时，钎料中的B，Si元素
向界面处的母材扩散，界面区成分发生变化，使液相钎料以母材为形核基底进行等
温凝固，形成连续镍基固溶体，并在降温时从中析出γ′相[11]。焊缝中的白色相为高钨的M3B2型硼化物，其成分(原子分数)为35.4%B，5.2%Si，17.1%Ni，
18.1%W，5.3%Cr，6.3%Nb，7.5%Co，5.1%Mo。借助Thermo-calc软件计
算及作者前期研究结果[10]可知，在钎焊保温时，液相钎料中存在未熔化的M3B2型硼化物相，它们在降温过程中继续从液相中析出，并随着液相钎料中W，Mo
等元素含量的降低，后析出的化合物成分也随之发生变化，成为了灰色的富Co，Ni，Nb，Si元素的硼化物[20-22]，其成分(原子分数)为12.4%B，9.8%Si，
32.6%Ni，5.9%W，8.2%Cr，9.3%Nb，14.5%Co，5.2%Mo，2.1%Re。随着
炉温继续下降以及接头成分的改变，钎料中的Si元素在焊缝中溶解度下降，形成
了少量深色(Ni, Nb, Co)3Si型块状硅化物相[11,21-23]，其成分(原子分数)为
1.4%B，2
2.8%Si，54.8%Ni，0.7%Ti，12.3%Nb，6.5%Co，1.5%Cr。由于钎
焊温度较低，在焊缝中形成的低熔点化合物相将对接头力学性能产生不利影响。
图1 不同钎焊温度下的CMSX-4单晶高温合金接头微观组织
当钎焊温度升高到1 250 ℃后，接头组织如图1b所示。由于钎焊温度的升高，保温时处于熔融状态的钎料中所含固相硼化物的比例减少，使液相中W，Mo等难
熔元素含量相对提高，且较高的温度使接头中的B元素更快地扩散至母材中，以
至于在保温结束后的降温过程中，富W，Mo元素的液态钎料开始非平衡凝固，
白色硼化物相增多，灰色硼化物相明显减少，γ′相尺寸减小，深色硅化物相和小尺寸缺陷消失。此外，钎焊温度的升高，改善了钎料的流动性，增强钎料与母材的互扩散速率，提高接头初熔点，且焊缝中低熔点化合物相的减少，均有利于增强接头的承温能力。
随着钎焊温度进一步升高到1 270 ℃，如图1c所示，元素扩散加剧，钎料的熔点进一步提高。可观察到焊缝内白色硼化物相比例升高，焊缝中γ′强化相含量增多，且由于B元素的快速扩散导致接头在等温凝固阶段所形成的初生γ-Ni固溶体数量
增多，从而在界面处形成了较宽的等温凝固区。γ′强化相的增多将有利于增加接头的蠕变抗力，提高接头的高温力学性能。
当钎焊温度达到1 290 ℃，焊缝与母材形貌接近一致，焊缝中残留化合物尺寸减
小且呈弥散分布，如图1d所示。接头中存在大量γ′强化相。表明钎料中的降熔元素向母材充分扩散，且母材中的Al，Ta等γ′形成元素已充分溶解进钎料中。接头中只有少量W，Mo元素与残留的B元素形成小尺寸白色硼化物相。焊缝组织均
匀性的提高可进一步增加接头的高温强度。
当钎焊温度升至1 310 ℃，可观察到接头组织与1 290 ℃时相近，小尺寸白色硼
化物进一步减少，焊缝组织更加均匀，如图1e所示。钎焊接头形成机制与1 290 ℃相同。
2.2 焊后高温重熔试验对钎焊接头组织影响
将钎焊温度为1 230 ℃，1 270 ℃和1 310 ℃的接头分别在1 200 ℃/2 h条件下进行重熔试验，以检验接头耐高温能力，其显微组织如图2所示。可见1 230 ℃
钎焊接头重新升温并经过1 200 ℃/2 h的热过程后，局部出现较大尺寸不规则形
状的凝固缺陷，说明焊缝内低熔点化合物相在此温度下发生部分熔化，并在降温过程中重新凝固时由于补缩不足产生缺陷；而1 270 ℃和1 310 ℃的钎焊接头在重
熔试验后相组成未发生变化，也未产生新的缺陷，说明原焊缝内不存在使焊缝易在高温下液化并产生孔洞的低熔点化合物相，这与前期焊缝组织分析结果相吻合，且观察发现重熔试验后的接头组织均匀性稍有提升，这是由于焊缝在经过1
200 ℃/2 h的热过程后，元素在浓度梯度的作用下发生互扩散，使接头成分均匀
化而产生的现象。故可以得知，随着钎焊温度的升高，接头的重熔温度也随之升高，接头在高温下的组织稳定性得以提高。
图2 不同钎焊温度的接头在1 200 ℃重熔试验后的微观组织
2.3 钎焊温度对接头力学性能的影响
图3为不同钎焊温度下保温30 min的接头在980 ℃/100 MPa条件下的持久寿命。可见随着钎焊温度升高，接头的持久寿命随之提高，钎焊温度在1 270 ℃及
以上的接头持久性能接近TLP扩散焊接头[11]。当钎焊温度达到1 290 ℃后，再
升高钎焊温度，接头持久寿命趋于稳定。结合显微组织分析结果可知，随着钎焊温度的提高，接头的组织均匀性提高，接头中化合物相减少，γ′强化相增多，因此接头的高温性能随之提高。
图4为不同钎焊温度的持久断口形貌图，对比各接头的断口形貌发现，接头的断
裂模式相同，均为以脆在980 ℃/100 MPa条件下的持久寿命性断裂为主的混合
断裂。接头的断裂位置在焊缝处，无颈缩，断口呈现准解理断裂特征。断口表面均较为平坦，可见明显河流花样，但局部亦可观察到微小韧窝与撕裂棱，接头在蠕变过程中，裂纹起源于焊缝内的化合物处和焊接缺陷处，并沿着垂直于应力轴方向扩展，最终断裂。
图3 不同钎焊温度的CMSX-4单晶高温合金接头
图4 不同钎焊温度的CMSX-4单晶高温合金接头断口形貌图
3 结论
(1)采用一种自主研制的JSSNi60镍基钎料，在不同钎焊温度下钎焊CMSX-4单晶高温合金，在30 min的保温时间下，钎料可以在广泛的钎焊温度区间内与母材形成可靠连接，随着钎焊温度的增加，焊缝中小尺寸凝固缺陷消失，低熔点化合物相逐渐减少并消失，白色硼化物比例先升高后降低，γ′沉淀相增多，当钎焊温度升至
1 290 ℃后，接头组织不再有明显变化，焊缝中存在大量γ′强化相和少量硼化物。
(2)对接头进行重熔试验，可知钎焊温度在1 270 ℃及以上的接头高温组织稳定性
良好，接头未产生重熔和相变。
(3) 随着钎焊温度升高，接头的持久寿命显著增加，当钎焊温度达到1 290 ℃时，CMSX-4单晶高温合金接头在980 ℃/100 MPa条件下的持久寿命可达到400 h
以上，而当钎焊温度继续增加到1 310 ℃，接头持久寿命提升不明显。
(4) 通过断口分析发现，断裂均发生在焊缝处，各断口形貌相近，断裂形式为以脆性断裂为主的混合断裂。
参考文献
【相关文献】
[1] 郁峥嵘, 丁贤飞, 曹腊梅, 等. 第二、三代镍基单晶高温合金含Hf过渡液相连接[J]. 金属学
报,2016, 52(5): 549-560.
[2] Zhong M L, Sun H Q, Liu W J, et al. Boundary liquation and interface cracking characterization in laser deposition of Inconel 738 on directionally solidified Ni-based superalloy[J]. Scripta Materialia, 2005, 53(2): 159-164.
[3] 孙鸿卿, 钟敏霖, 刘文今, 等. 定向凝固镍基高温合金上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性研究[J]. 航空材料学报, 2005, 25(2):26-31.
[4] 关桥. 发动机叶片与部件修复工程中的焊接技术(上)[J]. 航空工艺技术, 1993(2): 2-12.
[5] Lingenfelter A C. Welding metallurgy of nickel alloys in gas turbine components[C]. Proceedings from Materials Solutions’97 on Joining and Repair of Gas Turbi ne Components. New York, USA, 1997: 3-6.
[6] Henderson M B, Arrell D, Larsson R, et al. Nickel based superalloy welding practices for industrial gas turbine applications[J]. Science and Technology of Welding and Joining, 2004, 9(1): 13-21.
[7] 孙妍, 张杰, 刘春凤. BNi68CrWB钎焊K24/GH648异种高温合金的界面形成机理[J]. 焊接学报, 2017, 38(6):61-64.
[8] Neumeier S,Dinkel M, Pyczak F, et al. Nanoindentation and XRD investigations of single crystalline Ni-Ge brazed nickel-base superalloys PWA 1483 and René N5[J]. Materials Science & Engineering A, 2011, 528(3): 815-822.
[9] 程建平, 张红梅. INCO718高温合金钎焊工艺研究[J]. 真空, 2010, 47(3): 31-34.
[10] 孙元, 侯星宇, 金涛, 等. DD5单晶高温合金钎焊接头的微观组织和力学性能分析[J]. 焊接学报, 2017, 38(1): 117-120.
[11] 李晓红, 熊华平, 张学军. 先进航空材料焊接技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012.
[12] Nishimoto K,Saida K, Kim D, et al. Homogenization bahavior of alloying elements during transient liquid phase bonding: transient liquid phase bonding of Ni-Base single
crystal superalloy (Report 4)[J]. Quarterly Journal of the Japan Welding Society, 1997,
15(3): 509-514.
[13] 李晓红, 毛唯, 郭万林, 等. DD6单晶合金过渡液相扩散焊工艺[J]. 焊接学报, 2005, 26(4): 51-54.
[14] 柴禄, 侯金保, 张胜. 工艺参数对IC10单晶TLP接头组织和性能的影响[J]. 焊接学报, 39(8): 114-118.
[15] Miglietti W, Pennefather R C. The microstructure, mechanical properties and coatability of diffusion brazed CMSX-4 single crystal[C]. Proceedings from Materials Solutions’ 97 on Joining and Repair of Gas Turbine Components. Materials Park, Ohio, US, 1996: 61-77.
[16] Broomfield R, Plc R R. Development of brazing techniques for the joining of single crystal components[C]. Fifth International Charles Parsons Turbine Conference, Cambridge, UK, 2000: 741-754.
[17] Maleki V, Omidvar H, Rahimipour M R. Effect of gap size on microstructure of transient liquid phase bonded IN-738LC superalloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2016, 26(2): 437-447.
[18] 关洪魏, 李文, 刘纪德. 工艺参数对一种镍基单晶高温合金TLP接头组织的影响[J]. 沈阳理工大学学报, 2017, 6(5): 84-89.
[19] 孙元, 刘纪德, 侯星宇, 等. DD5单晶高温合金大间隙钎焊的组织演变与界面形成机制[J]. 金属
学报, 2016, 52(7): 875-882.
[20] Gale W F, Wallach E R. Microstructural development in transient liquid-phase bonding[J]. Metallurgical Transactions A, 1991, 22 (10): 2451-2457.
[21] 吴娜, 李亚江, 王娟. Super-Ni/NiCr叠层材料Ni-Cr-Si-B高温钎焊接头的组织特征及抗剪强
度[J]. 焊接学报, 2014, 35(1): 9-12.
[22] 于治水, 石昆, 言智, 等. 钎缝间隙对316L不锈钢真空钎焊接头组织的影响[J]. 材料工程, 2010,
22 (10): 77-81.
[23] 潘林, 邢丽, 刘奋成, 等. FGH97高温合金TLP焊接接头组织分析[J]. 焊接学报, 2013, 34(4):
89-92.
钎料： （1）熔点：熔点不能高于金刚石石墨化温度，也不能过低，若熔点太低，则在磨削过程中，可能因为较高的磨削温度导致钎料软化，造成磨粒过早脱落。目前， Ni-Cr 钎料应用最广泛，但其钎焊温度较高（ 900℃以上），金刚石有石墨化的倾向，影响钎焊金刚石的强度和工具寿命。 一种思路：（常用钎料为镍基合金→钎焊温度太高使金刚石石墨化→通入磷蒸汽降低镍基合金熔点→含磷的钎焊把持力不够→用镀Ti、Cr金刚石改善结合强度） （2）润湿性：钎料对金刚石具有良好的浸润、扩散作用。较好的浸润、扩散作用可以保证钎料与金刚石磨粒之间形成牢固的化学冶金结合，提高钎焊强度。张凤林等通过在钎料合金中添加Cr 、Ti 金属粉，改善了钎料合金对金刚石的润湿性能。 （3）稳定性：钎料应具有稳定、均匀的成分，以减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗。 （4）强度：钎料具有一定的强度和硬度。在磨削过程中，如果钎料强度和硬度不够，那么将导致自身快速磨损，失去对磨粒把持能力。Khalid 等通过分析金刚石、钎料和基体三者之间的界面，发现 Ti 元素的加入也使钎料本身的强度增大，耐磨性增大，但是Ti 含量过多，会导致合金熔点升高，以及金属化合物增多，钎焊接头脆性增大。 （5）残余应力：避免由于物理性能的不匹配导致金刚石与钎料截面处产生较大的残余应力。金刚石镀膜: 金刚石镀膜是指在金刚石表面镀覆一层亲和性金属，并且使镀层与金刚石之间发生牢固的化学键合，降低金刚石的表面能，使之易于被金属结合剂所浸润，改善金刚石表面的可焊性，实现金刚石与金属之间的强力冶金结合。马伯江等通过使用表面镀覆了一层非晶态碳膜的金刚石颗粒进行钎焊实验，发现浸没在钎料层下面的金刚石表面生成了形核质点分布较均匀的铬碳化合物，钎料对金刚石具有良好的钎焊效果。邓朝晖等利用 Cu-10Sn-5Ti 钎料粉末在钢基体上真空钎焊镀 Ti 金刚石，发现金刚石由于镀 Ti 层的保护隔离作用，大大降低了热损伤和石墨化，且金刚石的晶型完整。
钎焊温度对CMSX-4单晶高温合金接头组织与性能的影响侯星宇;孙元 【摘要】采用一种镍基合金钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金, 利用扫描电镜、电子探针等分析手段研究接头的微观组织与相组成, 并利用高温持久试验机测试接头的高温持久性能, 讨论不同钎焊工艺条件下, 接头的组织与性能变化规律及接头的断裂机制.研究发现, 随着钎焊温度的提高, 焊缝中低熔点化合物相减少, 小尺寸凝固缺陷消失, 白色硼化物比例先升高后降低, γ'沉淀相增多, 接头的高温组织稳定性增加.当钎焊温度不低于1 290℃时, CMSX-4单晶高温合金接头在980℃/100 Mpa 条件下的持久寿命可达到400 h.观察接头的断口形貌发现, 断裂均发生在焊缝处, 断裂模式为以脆性断裂为主的混合断裂.%The single crystal superalloy CMSX-4 was brazed with a Ni-based filler alloy, the microstructure and the phase composition were studied by scanning electron microscopy ( SEM), electron probe microanalysis ( EPMA) . The stress rupture property of joint was tested by high temperature stress rupture property testing machine. The result shows that the fracture mechanism and stress rupture property at high temperature of joint transformed with the different brazing temperature. With the increase of brazing temperature, the low melting point eutectic phase and the solidification defect with small size disappears, the proportion of white boron compounds increases firstly and then decreases. Besides, the amount of the precipitated phase and the high temperature structure stability of joint increase. When the brazing temperature is not lower than1 290 ℃, the rupture life of CMSX-4 superalloy under the condition of 980 ℃/100 MPa reac hes up to 400 h.
1.钎焊的优点：（1）加热温度低于母材的熔点， 对母材没有明显的影响。（2）钎焊温度低，可 对焊件整体均与加热，引起的应力和变形小， 容易保证焊件的尺寸精度（3）可用于结构复杂， 可敞开差的焊件，并可一次完成多缝，多零件 的焊接（4）容易实现异种金属，非金属与金属 之间的焊接（5）工艺过程简单。钎焊：借助于 液态钎料填满固态母材之间的间隙并相互扩散 形成结合的一类连接材料的方法。， 2.缺点：（1）钎焊接头强度一般较低，耐热能力 差，（2）较多采用搭接形式，增加了母材消耗 和结构的重量。 3.钎焊接头形成过程：钎焊时，钎剂在加热熔化 后流入焊件间的间隙，同时熔化的钎剂与母材 表面发生物化作用，从而清净母材表面，为钎 料填缝创造条件。随着加热温度的升高，钎料 开始熔化并填缝，钎料在排除钎剂残渣并填入 焊件间隙的同时熔化的钎料与固态，母材间发 生物化作用。当钎料填满间隙，经过一定时间 后保温冷却，完成整个钎焊过程。 4.润湿性的评定：（1）将一定体积的钎料放在母 材上，采用相应去膜措施，在规定温度下保持 一定时间。冷却后截取钎料的横截面，测出润 湿角θ，以其大小评定润湿性的好坏。（2）测 出钎料铺展面积的大小作为评定的尺度（3）利 用T型试件测量钎料流动的距离L，按其长短 来评定润湿性。（4）对表面涂覆钎料的双层板 的T型接头，可用流动系数K来表示： K=Vf/V=Asn/Lδ=（1-1/4π）Rn/Lδ=（1-1/4 π）n/LδR。R越大，K越大，润湿性越好。5.液态钎料与母材的相互作用。母材——钎料， 母材向钎料的适量溶解。可使钎料成分合金化， 有利于提高接头强度，过溶，导致不能填满钎 缝间隙，也可能出现溶蚀缺陷，严重时甚至出 现溶穿。溶解量的影响因素：A本质因素：（1） 极限溶解度越大，溶解量越大（2）固溶度升高， 达饱和时间增大，溶解量下降（3）金属间化合 物的形成阻碍了母材向钎料扩散，使溶解速度 降低。B工艺因素：（1）温度影响，温度越高， 溶解度越大（2）加热保温时间的影响。时间越 长，越大（3）钎料用量：越多越大钎料向母 材的扩散结果：冶金结合；扩散层；晶界渗入、 晶界扩散，导致性能下降（1）扩散系数的影响 因素：①晶体结构DBCC>DFCC。②扩散原子的直径越小，D越大③第三元素月扩散原子亲和力的大小，④温度升高，D变大。 6.晶间渗入：在液态钎料通母材接触中，钎料组 分向母材中扩散，由于晶界上空隙较多，扩撒 速度比较大，结果在晶界上形成了钎料组分同 母材的共晶体，它的熔点低于钎焊温度，因此 在晶界上形成一层液态层，即为晶体渗入。 7.钎缝的组织：钎焊接头的三个区域：①扩散区。 ②钎缝界面区。③钎缝中心区。扩散区：钎料 组分向母材扩撒形成。界面区组织：母材向钎 料溶解，冷却后形成（固溶体或金属间化合物） 焊缝中心区：由于母材的溶解和钎料组分的扩 散以及结晶的偏析。 8.固溶体：交互结晶：焊接纯金属时，填充材料 相同时，金属晶粒间无界面，随着凝固过程的 进行，金属晶粒从母材晶粒表面向液态金属继 续生长的现象。一般来说，在状态图上钎料与 母材能形成固溶体，钎焊后在界面区即可能出 先现固溶体，固溶体组织有良好的强度和塑性。 9.金属间化合物：（1）钎缝中出现金属间化合物， 特别是界面区为连续层状化合物组织是，钎焊 接头的性能将显著下降（2）形成过程：在温度 T时，以B钎焊A，A迅速向B中溶解，界面 区的浓度可达C，冷凝式首先在界面上析出金 属间化合物。（3）减薄和防止界面区形成化合 物层措施：①在钎焊中加入既不与母材，又不 与钎料形成化合物的组分。②在钎料中加入能 同时与钎料形成化合物，但不同母材形成化合 物的组织。 10.共晶体：（1）接触反应钎焊：利用钎料和母材 接触熔化，形成共晶体接头的钎焊方法。接触 反应钎焊原理：若金属A、B能形成共晶或低 熔固溶体，则在A、B接触良好的情况下加热 到高于共晶温度或低熔固溶体温度以上，依靠 A和B相互扩散，在界面处形成共晶体或低熔 固溶体，从而把AB连接起来（2）接触反映钎 焊过程：①准备阶段，接触的固体，金属界面 上形成固溶体层或金属间化合物。②形成液相。 ③固态，接触金属向已形成的液相中溶解。 11.钎料的基本要求是：应有合适的熔点，至少应 比母材低几十度，二者熔点过近会使钎焊过程 不易控制，导致母材晶粒长大、过烧及局部融 化；具有良好的润湿性，能充分填满焊缝间隙； 与母材的扩散作用，应能保证他们之间形成牢固的结合；具有稳定和均匀的成分，减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗等；所得到得接头应能满足产品的技术要求；考虑到钎料饿经济性，应尽量少用或不用稀有金属和贵金属。 Sn基钎料：Sn中加入铅，可使强度、硬度升高，导电率降低；Sn-铅钎料中加入锑，可减少钎料在液态时的氧化，提高接头的热稳定性；工作温度低于100°，低温下有冷脆性；加入Ag，提高钎料的抗腐蚀性和强度，加入Cu和锑看改善机械性能 铅基钎料：一般用于钎焊铜及铜合金，耐热性比Sn-铅钎料好；钎焊铜和黄铜，接头在潮湿环境耐蚀性较差，须涂覆防潮涂料保护Al基钎料：主要以Al-Si共晶和Al-Cu-Si共晶为基础；Al-Si合金加入4%左右的Cu，使钎料的固相线降至521°，具有较宽的溶化温度区间，容易控制钎料的流动，而抗腐蚀性能下降不多，接头强度还较高；加入10%的Zn，熔点有所下降，抗腐蚀性能下降，易产生溶蚀，需控制加热温度 Ag基钎料：特点是：熔点不高，能润湿很多金属，并具有良好的强度、塑性、导热性、导电性和耐蚀性能；Ag-Cu，加入铜可降低Ag的熔点，Ag-Cu-Zn，加入Zn可进一步降低Ag-Cu合金熔点，但含Zn量过高，组织中将出现脆性相使塑性变差；Ag-Cu-Zn-Sn，加入Sn降低熔点，加少量Ni，可提高钎料的强度、耐热性和抗腐蚀性，改善钎料的润湿性。 Cu基：为防止钎焊时焊件氧化，作为钎料，多半在还原性气氛、惰性气氛和真空条件下焊接低碳钢、低合金钢。铜对钢的润湿性良好，以他作为钎料时要求接头间隙很小；Cu-Zn钎料：加入Zn，可降低Cu的熔点，含Zn过多组织中出现αβγ相；H62黄铜为α固溶体组织，具有良好的强度和塑性，是应用最广的Cu-Zn钎料，可用来焊接受力大，需要接头塑性好的零件；Zn易挥发，加入Si课抑制（钎焊时，Si氧化，同钎剂中的硼酸盐形成低熔点的硅酸盐，浮在钎料表面，防止Zn的挥发；Si显著降低Zn在Cu中的溶解度，生成β脆性相，Si过量形成SiO2，不易去除，Si的含量一般在0.5%左右；加入
第五章焊接热影响区的组织和性能 焊接分为三大类：熔化焊、压力焊和钎焊。其中熔化焊是最 常见最广泛的焊接方法。而本书讨论的焊接冶金主要是以熔化焊为基础进行讨论的。 所谓熔化焊是采用一种高温热源使两种同质或非同质的材料利用原子间或分子间的分散与聚合而形成一个整体的过程。这个热源贯穿于焊接过程的始终:一部分热量用于加热焊件和母材，一部分用于热损失（飞溅、周围介质等）。用于加热母材和焊材的热功率称为有效功率，其实这部分热量：一部分用于熔化金属形成焊缝，另一部分用于热传导而流失于母材形成HAZ （包含熔合线）。 HAZ：熔焊时在集中热源的作用下，焊缝两侧发生组织和性能变化的区域。 焊接接头：焊缝和和热影响区 p161 图4-1焊接热影响区示意图 前面讨论焊缝的合金化，焊缝金属的脱S、脱O、脱P、H及晶粒的细化等，均是如何控制焊缝的质量，主要是焊缝区的问题。 由于早些年代里，制造焊接结构所采用的钢种是低碳钢，焊缝是至关重要的环节。HAZ一般不会出现什么问题，但随着科学技术和生产规模的发展，各种高温、耐压、耐蚀、低温容器、深水潜艇、宇航设备以及核电站锅炉、管道等不断建造，各种高强钢、高合金钢以及某些特种材料（Al合金、钛合金、镍基合金、复合材料和陶瓷等）也得到广泛的应用，这种情况下，焊接的质量不仅仅取决于焊缝，同时取决于HAZ，有时HAZ存在的问题比起焊缝更为复杂。 如：如今大型水电站，尤其高水头电站（包括抽水蓄能电站）的建造要求提供流量大、承压高的输水压力管道，如果采用普通钢材，必须增加管壁的厚度，无疑给压力钢管的制造、运输和安装带来极大的困难。随之发展起来的适用于压力钢管的焊接结构用高强钢，如700MPa，800Mpa级钢具有很高的屈服强度和抗拉强度，同普通钢相比，可以大大减少压力钢管壁的厚度，克服了普通钢的局限性，（WEL—TEN80 WCF—62（80））它具有良好的低温冲击韧性也为钢管的可靠运行提供了保证，但它焊接时，易出现HAZ软化（投影）或产生裂纹。因此不仅要考虑焊缝区，同时HAZ质量的控制也是很重要的。因此，许多国家给予HAZ以足够的重视。 P161图4-2HAZ的断裂韧性及可能出现的各种裂纹 本章重点讨论低合金高强钢焊接过程中，由于快速不均匀加热和冷却引起HAZ组织和性能的变化。 HAZ的组织和性能主要取决于焊接热循环。
钎焊复习 1.钎焊：钎焊是把被连接材料（又称母材）加热到适当的温度，并使填充材料（又称钎料）熔化，利用毛细作用使液态钎料填充固态母材之间的间隙，经母材与钎料发生相互作用，然后冷却凝固，从而形成冶金结合的一类连接方法。 2.钎焊接头形成的基本原理钎焊接头的形成是在一定的条件下，液态钎料自行流入固态母材之间的间隙，并依靠毛细作用力保持在间隙内，经冷却后，钎料凝固而形成的。因此，在钎焊接头的形成过程中，必然涉及到钎料在母材上的润湿与铺展、钎料的流动及毛细填缝等问题。 3.影响钎料润湿性的因素1）钎料和母材成分的影响2）温度的影响3）金属表面氧化物的影响4）钎剂的影响5）母材表面状态的影响 4.影响母材向液态钎料中溶解的工艺因素1）温度的影响2）加热保温时间钎的影响3）钎料量的影响 5.采用含硼镍基钎料钎焊不锈钢和高温合金时，发生的现象及原因 当采用含硼镍基钎料钎焊不锈钢和高温合金时，就可能发生硼向母材晶间渗入的情况。晶间渗入的产物大都比较脆，会对钎焊接头产生极为不利的影响，尤其是在钎焊薄件时，晶间渗入可能贯穿整个焊件厚度而使接头脆化，因此应尽量避免接头中产生晶间渗入。 晶间渗入的产生是因为在液态钎料与母材接触中，钎料组分向母材中扩散，由于晶界处空隙较多，扩散速度较快，结果造成了在晶界处首先形成钎料组分与母材金属的低熔点共晶体。由于其熔点低于钎焊温度，这样就在晶界处形成了一层液态层，这就是所谓的晶间渗入。6.钎缝的成分和组织常常是不均匀的，一般由三个区域组成，即：母材上靠近界面的扩散区，与之相邻的钎缝界面区和钎缝中心区。扩散区是由钎料组分向母材中扩散所形成的；界面区是母材组分向钎料中溶解并冷却后形成的，它可能是固溶体或金属间化合物；钎缝中心区由于母材的溶解和钎料组分的扩散以及结晶时的偏析，其组织也不同于钎料的原始组织成分，钎缝间隙较大吋，该区的组织形态与钎料原始组织形态比较接近，而间隙小时，则二者之间可能存在极大的差别。 7.（1）润湿角测量法 将一定量的钎料放在给定尺寸的母材上，采用相应的去除氧化膜的措施〈如施加钎剂〉。加热到规定的温度，保温一定的时间，使钎科在母材上铺展。冷却后，沿铺展钎料的中心线截取剖面，并从剖面上来测量钎料与母材的接触角θ。以θ角的大小作为指标来评定钎料润湿性的优劣，较小的θ值表示钎料润湿性能良好。工程上一般希望θ＜20° （2）铺展面积测定法 试件的制备方法与测量润湿角时相同，在冷却后的试件上直接测量钎料的铺展面积。铺展面积越大则表示钎料的润湿性就越好。 8.钎剂的作用 1）去膜作用 去除母材和钎料表面的氧化物，为液态钎料在母材上铺展填缝创造必要条件。 2）保护作用 以液体薄层覆盖母材和钎料表面，隔绝空气而起到防止氧化作用 3）活化作用 促进界面活化，改善液态钎料对母材表面的润湿能力。 9.钎剂应有的性能
一、什么是钎焊？钎焊是如何分类的？钎焊的接头形式有何特点？ 钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。 根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。 （1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450°C，接头强度较低(小于70 MPa)。 （2）硬钎焊：硬钎焊的钎料熔点高于450°C，接头强度较高(大于200 MPa)。 钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。因此，钎焊一般采用搭接接头和套件镶接，以弥补钎焊强度的不足。 二、电弧焊的分类有哪些，有什么优点？ 利用电弧作为热源的熔焊方法，称为电弧焊。可分为手工电弧焊、埋弧自动焊和气体保护焊等三种。手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝。尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝的焊接；埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；气体保护焊具有保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。 三、焊条电弧焊时，低碳钢焊接接头的组成、各区域金属的组织与性能有何特点？ （1）焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。 1）焊缝金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织。在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。由于
焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。 2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。 （2）低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。 1）熔合区位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半熔化区。加热温度约为1 490～1 530°C，此区成分及组织极不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。 2）过热区紧靠着熔合区，加热温度约为1 100～1 490°C。由于温度大大超过Ac3，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，使塑性大大降低，冲击韧性值下降25%～75%左右。 3）正火区加热温度约为850～1 100°C，属于正常的正火加热温度范围。冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。 4）部分相变区加热温度约为727～850°C。只有部分组织发生转变，冷却后组织不均匀，力学性能较差。 四、什么是电阻焊？电阻焊分为哪几种类型、分别用于何种场合？ 电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。 电阻焊分为点焊、缝焊和对焊3种形式。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2a19339976.html, 钎焊真空度对铜与铪钎焊接头组织及性能的影响 作者：路希龙刘平刘新宽陈小红何代华李伟 来源：《上海有色金属》2014年第03期 摘要：采用72Ag28Cu钎料对铜与铪进行真空钎焊试验.钎焊温度为840 ℃，保温时间为15 min，真空度试验范围为5.0×10-2～8.0 Pa.研究了钎焊真空度对铜与铪钎焊接头组织及性能的影响，采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察钎焊接头的组织形貌，采用ZWICKZ050电子万能材料试验机测试接头剪切强度.结果表明：随着钎焊真空度的升高，接头剪切强度呈 先升高后降低的趋势；在钎焊温度为840 ℃、保温时间为15 min时，较佳的钎焊真空度为 2.0×10-1 Pa. 关键词：铜；铪；钎焊；真空度 中图分类号： TG 454文献标志码： A 0前言 铜具有高的导电、导热性能，银基和铜基钎料都能对其很好地润湿，与其他材料连接能起到加强散热的作用[1-4].铪是一种高熔点难熔的稀有金属，具有良好的导热、导电性能和较低 的电子逸出功，被用作等离子切割用电极中的等离子发射体[5]. 电极是等离子切割机割炬的主要元件，铪与铜基体镶嵌在一起，充分利用了铪抗氧化性能好、电子逸出功低和铜的导热、导电性能好的特性，使电极在最大限度地发射等离子弧的同时又能将热量尽快地传导出去，不至于被很快地烧损.铪与铜的连接方法有普通镶嵌、机械压紧 镶嵌、钎焊和扩散焊等.在这些方法中，钎焊由于工艺简单、成本低及适用于批量生产等优点 成为研究者最关注的方法之一.其中铪与铜的钎焊法是将铪与铜基体焊接成一个整体，提高其 导热、导电性能，同时可有效防止热胀冷缩产生间隙或氧化膜层，使电极寿命大大延长[6]. 在钎焊工艺参数中，真空度是影响真空钎焊质量的一个重要参数.钎焊真空度从两个方面 影响钎焊接头质量：第一种是钎缝元素的扩散效果；第二种是元素的挥发[7].在钎焊过程中，真空度并不是越高越好，真空度过低，钎焊元件在高温时易被氧化；真空度过高，不但浪费时间与资金，还可能导致钎料的挥发而影响钎焊接头的质量.本文采用72Ag28Cu钎料对铜与铪进行真空钎焊试验，研究真空度对铜与铪钎焊接头组织与性能的影响. 1试验材料及方法
第3章焊接接头的组织和性能 ★焊接熔池和焊缝焊 接熔池的结晶特点、结晶形态，焊缝的相变组织及焊缝组织和性能的控制。 ★焊接热影响区 焊接热影响区的组织转变特点、组织特性及性能。 ★熔合区 熔合区的边界，熔合区的形成机理，熔合区的特征 焊接熔池：由熔化的局部母材和填加材料所组成的具有一定几何形状的液态区域。 焊缝：熔池凝固后所形成的固态区域。 焊缝组织性能不仅取决于焊缝的相变行为，而且受到焊接熔池结晶行为的直接影响。 一.焊接熔池的结晶特点 (1)熔池体积小、冷却速度大 局部加热，熔池体积小；熔池被很大体积的母材包围，界面导热很好，熔池冷速很快。 碳当量高的钢种焊接时，易产生淬硬组织，甚至产生冷裂纹。 (2)熔池过热、温度梯度大 焊接加热速度快，熔池金属处于过热状态；熔池体积小，温度高，熔池边界的温度梯度很大。 非自发晶核质点显著减少，柱状晶得到显著发展。 (3)熔池在动态下结晶 熔池结晶和母材熔化同时进行，焊接区内各种力交互作用，使正在结晶中的熔池受到激烈的搅拌。有利于气体的排除、夹杂物的浮出以及焊缝的致密化。 2. 联生结晶和竞争成长 (1)联生结晶 焊接熔池结晶一般是从熔池边界开始，即在半熔化的母材晶粒表面上开始并长大。结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。 结晶取向与焊缝边界母材晶粒的取向相同，初始晶粒尺寸等于焊缝边界母材晶粒的尺寸。 (2)竞争成长 晶粒在不同方向上的成长趋势不同，只有最优结晶取向与温度梯度最大的方向（即散热最快的方向，亦即熔池边界的垂直方向）相一致的晶粒才有可能持续成长，并一直长到熔池中心；反之，只能长到一定尺寸而中止 每个晶粒都是在不断的竞争中成长的，只有竞争优势明显的晶粒才能得到不断的成长，而竞争优势较弱的晶粒将在成长的中途夭折。 3. 结晶速度和方向动态变化 (1)结晶速度的表达式 设任意晶粒主轴、任意点的结晶等温面法线方向与焊接方向的夹角为α，晶粒成长方向与焊接方向之间的夹角为β，在dt时间内熔池边界的结晶等温面从t时刻的位臵移到t+dt时刻的位臵。 (2)成长速度和方向不断变化 熔池边界上不同位臵的等温线的法线方向不同，晶粒成长过程中的成长方向不断变化，成长速度也在发生变化。
高温合金焊接接头断裂失效机理研究 随着现代工业的快速发展，高温合金的应用越来越广泛，其中焊接接头是高温 合金件中一个非常关键的组成部分。在高温、高压等恶劣环境下，焊接接头的发挥功效直接关乎整个机械设备和系统的正常运行。然而，随着使用时间的增长，很多焊接接头过早出现断裂失效，给设备运行带来严重的影响。因此，开展高温合金焊接接头断裂失效机理研究，对于保障设备正常运行具有十分重要的意义。 一、高温合金焊接接头的结构与性能 高温合金是指在高温环境下能保持优良力学性能、高温强度和耐蚀性的合金， 广泛应用于航空航天、动力、石化等领域。高温合金可分为镍基、钴基和铁基合金。这些合金的力学性能和化学稳定性能都非常出色，尤其是在高温和强腐蚀环境下。焊接接头是高温合金件中一个非常关键的组成部分。焊接接头结构通常由熔合区、热影响区和母材组成。熔合区是焊接材料本身，它是由加热后熔融的焊接材料形成的，通常拥有非常出色的力学性能和抗蚀性能。热影响区是指焊接在熔合区周围的区域，在焊接过程中受热而产生组织结构变化。母材是未被热影响的区域，通常呈现出较高的力学性能和抗蚀性能。 二、高温合金焊接接头的主要失效机制 高温合金焊接接头在使用中常常面临着高温、高应力和腐蚀等多重环境的影响，会导致接头的断裂失效。目前，焊接接头失效主要以以下几种形式出现： 1. 普通拉伸断裂失效：这种失效常出现在焊接处附近的热影响区，主要原因是 由于热影响区的晶粒粗化、性能退化和焊接点应力集中造成的。 2. 疲劳断裂失效：疲劳断裂失效是接头在经过轮换或交替负载的过程中累积损 伤而导致的断裂失效。这种失效往往开始于热影响区或焊接区域，并在这些区域内产生裂纹。
一种单晶高温合金不同温度的高周疲劳性能 史振学;赵金乾 【摘要】研究了一种单晶高温合金700℃和800℃的高周疲劳性能,采用扫描电镜和透射电镜分析了断口和断裂机制.结果表明,随着温度升高,合金的疲劳强度系数降低,Basquin系数增加,高周疲劳极限降低.合金700℃与800℃具有相同的高周疲劳断口,都有几个{111}面平面组成,为类解理断裂机制.疲劳断口由裂纹源区、扩展区和瞬断区3部分组成.裂纹起源于试样的表面或亚表面,并沿{111}面扩展.扩展区可见河流状花样、滑移带、疲劳弧线和疲劳条带特征.瞬断区可见解理台阶和撕裂棱.断裂后γ′相仍保持立方形状,位错不均匀分布在γ基体通道中. 【期刊名称】《有色金属科学与工程》 【年(卷),期】2019(010)003 【总页数】6页(P58-63) 【关键词】单晶高温合金;高周疲劳性能;断口 【作者】史振学;赵金乾 【作者单位】北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095 【正文语种】中文 【中图分类】TG132.32 单晶高温合金因具有良好力学性能已经在先进航空发动机上获得广泛应用[1-4].因
发动机服役环境异常恶劣，失效常有发生，导致一些突发和难以预料的疲劳失效，其中大多数为不同形式的疲劳断裂[5-8].发动机涡轮叶片作为热端部件工作时承受着极其复杂的温度场，叶片不同部位服役温度相差很大[9].单晶高温合金涡轮叶片常因振动而发生高周疲劳断裂 [10-11].研究表明，温度、应力、频率、单晶材料本身的各向异性等因素都是影响单晶高温合金高周疲劳强度的主要因素[12].无应力超温处理降低合金的单晶高温的高周疲劳性能[5].中温下单晶高温合金具有较高的高周疲劳性能，随着应力增加，疲劳寿命降低[7].在低应力和高的频率下，单晶合金的断裂主要为疲劳控制过程；在高应力和低频率下，合金的断裂主要为蠕变控制过程[10].由于服役过程中单晶叶片不同位置的温度和应力不同，因此研究不同温度下不同应力的合金高周疲劳性能具有重要的工程意义和应用价值，为新型单晶高温合金的设计和应用提供数据支持. 1 试样制备和试验方法 试验材料为一种镍基单晶高温合金，化学成分见表1.采用选晶法在真空定向凝固炉制备单晶试棒，用X射线衍射仪测试单晶试棒的[001]取向偏离度，选取偏离度10°以内的单晶试棒进行后续试验.合金经1 300℃/1 h+1 310℃/2 h+1 320℃/3 h+1 325℃/4 h空冷+1 120℃/4 h/空冷+870℃/24 h/空冷标准热处理后，加工成旋转弯曲高周疲劳性能试样，在700℃和800℃的温度下进行高周疲劳试验，试验频率30 Hz，正弦波形.在S4800场发射扫描电镜上观察合金不同温度的疲劳试样断口形貌，在疲劳断裂试样的断口下2 mm处横截面上切取透射试样，通过JEM-2000FX透射电镜研究合金不同温度疲劳试样的位错特征. 表1 合金成分 /（质量分数，%）Table 1 Chemical compositions of alloy/（mass fraction%）合金元素含量Cr 6.7 CoMo W Ta Re Ti Al Hf C Ni 9.8 0.6 6.4 6.5 3.0 1.0 5.6 0.1 0.005 Bal. 2 结果与分析
镍基单晶高温合金高温低应力蠕变过程中典型变形机制研究进 展 杜云玲;牛建平 【摘要】以镍基单晶高温合金高温低应力蠕变变形为主，简要介绍了蠕变过程中 几个典型变形机制的研究进展，并分析合金蠕变过程研究中存在的问题。%Giving priority to the deformation of high-temperature low-stress creep of Ni-based single crystal superalloys,several related typical deformation mechanisms were reviewed and the existing problems during creep were analyzed. 【期刊名称】《沈阳大学学报》 【年(卷),期】2016(028)006 【总页数】7页(P431-437) 【关键词】镍基单晶高温合金;高温低应力蠕变;筏化;位错;TCP相 【作者】杜云玲;牛建平 【作者单位】沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳 110044;沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳 110044 【正文语种】中文 【中图分类】TG146
镍基高温合金(Ni-based Superalloys)由于具有优异的蠕变和疲劳抗力、良好的塑性和断裂韧性、良好的抗氧化和抗热腐蚀性,以及高温组织稳定性,广泛用于制作涡轮发动机等先进动力推进系统热端部件[1-4].高性能发动机的重要标志是具有高的推力和推重比,而要实现这些指标就需要不断地提高涡轮前进气口的温度,最大程度地提高燃机的效率.实现这一目标的关键在于持续提高发动机相应高温合金部件的承温能力,尤其是高压涡轮叶片和低压涡轮叶片的承温能力[4].在实际服役过程中,涡轮叶片处于高温、高应力等复杂恶劣的环境中,尤其是高压涡轮叶片承受着更高的温度和由于高速旋转造成的高离心应力.在这些外部条件的共同作用下,即使合金所受的应力水平远低于其屈服强度,叶片也会发生蠕变塑性累积,最终导致叶片断裂失效,因此蠕变行为是评价合金可靠性最重要的方面.航空发动机涡轮叶片在实际服役过程中各部位所受的温度和应力分布如图1和图2所示[5]. 从图1可以看出,尽管涡轮叶片已经拥有复杂高效的冷却通道以及热障涂层,涡轮叶片的大部分位置仍将面临较高的温度,而图2则显示,叶片经受高温的部分所受的应力相对较低(相对于低温部分).为此,各国研究者对镍基单晶高温合金的高温低应力蠕变行为进行了广泛的研究.本文以镍基单晶高温合金的高温低应力蠕变行为为主线,主要从蠕变过程中几个典型的现象出发,简要介绍单晶合金的蠕变行为研究进展. 蠕变是指试验材料在低于屈服极限的恒定应力(载荷)下发生持续塑性变形的累积,它具有一定的时间依赖性.涡轮叶片在实际服役时,大部分时间处于巡航状态,因此合金的变形以蠕变塑性累积为主.合金的蠕变性能与合金晶体的取向息息相关.一般而言,具有〈111〉取向的合金蠕变性能最高,〈011〉最低,而具有〈001〉方向的合金蠕变寿命与〈111〉相当或稍低;然而,具有〈001〉方向合金的疲劳性能显著优于具有〈111〉和〈011〉方向的合金,所以涡轮叶片在设计和实际使用过程中都尽可能使其受力沿[001] 方向,因而研究[001]取向的镍基单晶高温合金具有非常重要的实际意义.
二代镍基单晶高温合金牌号-回复 二代镍基单晶高温合金牌号是指第二代使用的镍基单晶高温合金。这种合金因其卓越的高温性能，在航空航天、石油化工、能源等领域得到广泛应用。下文将详细介绍二代镍基单晶高温合金牌号的相关知识。 第一步：介绍镍基单晶高温合金的背景和分类 镍基单晶高温合金作为一种高性能材料，具有优异的高温力学性能、耐腐蚀性能和抗热疲劳裂纹扩展性能。它可以在高温环境下承受严酷的工作条件，如高温、高压和强腐蚀等。根据合金成分和结构特点的不同，镍基单晶高温合金可分为不同的代次，例如双晶和三晶合金等。其中，二代镍基单晶高温合金是指第二代使用的镍基单晶高温合金，具有更高的性能和耐用性。 第二步：介绍二代镍基单晶高温合金牌号 二代镍基单晶高温合金牌号是标识二代镍基单晶高温合金的编号系统。这个系统通常由一串字母和数字组成，每一个字母和数字都代表着合金中的特定成分和性能。通常情况下，这些牌号由合金制造商或用户指定，并根据合金性能和所需用途的不同进行命名。 例如，常见的二代镍基单晶高温合金牌号包括： 1. CMSX-4：这种合金是由康宁公司（Corning Corporation）开发的，
主要用于航空发动机的燃烧室和涡轮叶片等高温部件。 2. PWA-1480：这种合金是由普惠公司（Pratt & Whitney）开发的，主要用于航空发动机的燃烧室和涡轮叶片等高温部件。 3. Rene N5：这种合金是由洛克希德•马丁公司（Lockheed Martin）开发的，主要用于航空航天领域的燃烧室和喷管等高温部件。 以上只是其中的几个例子，实际上市场上存在着许多不同的二代镍基单晶高温合金牌号，每个牌号都有其独特的性能和用途。 第三步：解读二代镍基单晶高温合金牌号的含义 每个二代镍基单晶高温合金牌号由一串字母和数字组成，这些字符代表了合金中的成分和性能。一般来说，合金的牌号越高级，代表的合金性能也越高。 例如，CMSX-4中的CMS代表康宁公司（Corning Corporation）研发的品牌名称，X代表这是一款镍基单晶高温合金，而4代表这是二代合金中的一种。这款合金具有出色的高温抗氧化性能和高温强度，适用于高温环境中的关键部件。 PWA-1480中的PWA代表普惠公司（Pratt & Whitney）研发的品牌名
焊接温度和时间对铝真空钎焊的影响 摘要：近年来真空钎焊技术快速发展，用途最广泛的铝合金真空钎焊产品也越来越普及。本文介通过剖析焊接过程讲述焊接温度和时间对铝合金真空钎焊的影响，从而加强对真空钎焊的认识，提高焊接质量。 关键词：焊接温度；时间；母材；钎料 铝合金真空钎焊是指在高真空环境下，低于铝合金焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态焊件的缝隙并与之形成金属结合而使焊件连接的焊接方法。想要获得优质的焊接接头，需要钎料完全熔化、液态钎料填满全部钎缝间隙的情况下，液体钎料与母材充分地相互作用。显然，其中包括两个过程：一是钎料熔化、液态钎料润湿铺展并填满钎缝，二是钎料同焊件相互作用的过程。焊接温度和时间对分别对这两个过程起到了决定性的作用。 1.焊接温度对钎料填充的影响 众所周知，毛细作用是因液体对毛细管的浸润或不浸润能力而使液体在毛细管内升高或降低的现象。而在实际钎焊过程中，钎缝是两片母材夹成的大面积间隙，且常常是水平放置的，虽然不像毛细管一样细长且竖立，但是钎缝间的间隙是十分小的，钎焊时，液态钎料是依靠毛细作用在钎缝间隙中进行填缝。因此钎料能否填满钎缝取决于钎料对焊件的毛细作用。虽然高温下钎料的行为比较复杂，但仍可以把毛细作用推广到间隙很小的钎缝间液体钎料的填充情况。 如图1所示，我们可以把毛细管中液柱的爬升力定性的看成是液态钎料在间隙中向前流动的驱动力。那么可以得出，钎焊时母材间隙越小、润湿能力越强，驱动力则越大，则越有利于液态钎料在母材间隙中的流动、铺展。 图1 液体在平面间隙中的湿润 温度是影响钎料润湿性的重要因素。温度与液体的表面张力呈线性关系，
焊接工艺对铝合金焊接性能的影响 摘要：近年来，防锈铝由于其优异的性能，已经被广泛地应用于航天、航空、航海、轨道交通、压力容器等多个领域。5A06铝合金为典型的A1-Mg系防锈铝， 具有强度较高、抗腐蚀性稳定和焊接性能良好等优点。但铝及其合金具有导热性 能强、线膨胀系数大、熔点低及高温强度小等特点，使得该类合金的焊接难度较大。国内相关研究者对铝合金的焊接方法及焊接性能等开展了大量的分析研究。 经调研发现，铝及其合金氩弧焊多采用衬底结构或反面封底焊接的方法，以确保 焊缝背面成型良好。 关键词：铝合金；焊接工艺；焊接性能；力学性能；显微组织 引言 铝合金材料密度小、耐腐蚀、容易加工，且强度比较高，因此，铝合金材料 在农业、航空、汽车等领域应用十分广泛。随着社会的高速发展，铝合金应用越 来越广泛，铝合金材料在越来越多的领域中得到推广。架空输电线路一直使用的 是铁塔，铝合金材料与钢材料相比更耐腐蚀，且在相同条件下与Q420钢相比， 铝合金可减轻重量66%，而铝合金的成本相比于Q420更低，这促使铝合金塔的研 究被推上了研究日程。在铝合金塔设计过程中，铝合金的选材、材料结构形式和 截面型式的确定、焊接方法、焊接工艺和焊丝的选择都显得尤为重要。 1实验材料和方法 试验所用焊接材料母材为5083-H116铝合金和6082-T6铝合金（化学成分见 表1），厚度8mm，两种合金分别为同一板材下料。焊丝所用材料为 OKAutrod5183和OKAutrod5356（瑞典伊萨ESAB），直径为1.2mm的铝合金焊丝。焊前对铝合金表面进行抛光处理，以去除表面氧化层。焊接时分别对两种合金以 对接接头形式（如图1）进行横焊和仰焊，焊道顺序如图2所示。由于铝合金在MIG焊时热输入较TIG焊时大，金属熔化量大，熔敷金属流动性好，且铝合金散
焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响 焊接是一种常见的金属连接方法，通过将金属材料加热到熔化状态并将它们结合在一 起来形成联合。焊接可以用于连接相同或不同材料的金属，并且在制造业中有着广泛的应用。异种钢焊接是其中一种常见的焊接方式，它涉及将不同种类的钢材进行焊接。在异种 钢焊接中，焊接电流是一个重要的工艺参数，它对焊接接头的组织和力学性能有着重要的 影响。本文将探讨焊接电流对异种钢焊接接头组织和力学性能的影响。 1. 异种钢焊接接头的组织 焊接接头的组织对其力学性能有着重要的影响。在异种钢焊接接头中，由于所使用的 钢材种类不同，焊接过程中容易出现组织变化和组织不均匀的情况。焊接电流作为焊接的 重要参数之一，对焊接接头的组织具有显著影响。一般来说，适当的焊接电流可以促进熔 池的混合和扩散，有利于改善接头的组织均匀性和织构。 在焊接电流较小的情况下，熔池的混合和扩散能力较弱，容易导致熔渣夹杂和气孔等 缺陷的产生，从而影响接头的质量。焊接电流较小还容易使得焊接接头的热影响区受热不 均匀，从而导致热裂纹的产生，进一步影响接头的性能。在焊接异种钢时，适当提高焊接 电流能够有效改善焊接接头的组织均匀性，减少缺陷和热裂纹的产生。 焊接接头的力学性能是评价其质量的重要指标之一。在异种钢焊接接头中，焊接电流 是直接影响接头力学性能的关键参数之一。适当的焊接电流可以有效提高接头的力学性能，而错误的焊接电流则会导致接头力学性能下降甚至接头失效。合理控制焊接电流对于保证 异种钢焊接接头的力学性能至关重要。 在适当的焊接电流下，焊接接头的力学性能通常能够得到有效提高。适当的焊接电流 能够促进熔池的混合和扩散，减少焊接残余应力和变形，从而提高接头的抗拉强度、屈服 强度和延展性。适当的焊接电流还能够改善接头的晶粒细化和组织均匀性，提高接头的韧 性和冲击韧性，增强接头的抗疲劳性能和耐蚀性能。 如果焊接电流过高或过低，都会导致接头力学性能下降。过高的焊接电流会使得接头 的焊缝区受热过度，晶粒粗化，热影响区受到严重影响，导致接头的抗拉强度和韧性降低；过低的焊接电流则会导致接头的焊缝形状不稳定，焊接残余应力和变形较大，导致接头的 抗疲劳性能和耐蚀性能下降。 在焊接异种钢时，需要合理控制焊接电流，选择合适的工艺参数，以提高焊接接头的 力学性能和整体质量。对于不同种类和规格的异种钢，需要根据具体情况进行调整，选择 最佳的焊接电流范围，以实现最佳的焊接效果。
Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能李小强;肖晴;李力;屈盛官 【摘要】采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料对3003铝合金进行钎焊实验,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪对接头微观组织和断口进行分析,并研究了钎焊温度对接头组织和性能的影响.结果表明:在540～580℃保温10min工艺下钎焊3003铝合金,均可获得良好的钎焊效果.钎焊接头均由钎缝中心区的α(Al)固溶体、θ(Al2Cu)金属间化合物、细小Si相和AlCuFeMn+ Si相,两侧扩散区的α(Al)固溶体与元素扩散层以及母材组成;钎焊接头室温剪切断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界面,断口主要呈脆性解理断裂特征.随着钎焊温度的升高,扩散区的α(Al)固溶体晶粒长大,接头结合界面犬牙交错;当钎焊温度为560℃,保温10min时,接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa,约为母材强度的62.7％. 【期刊名称】《材料工程》 【年(卷),期】2016(044)009 【总页数】6页(P32-37) 【关键词】铝合金;钎焊;铝基钎料;接头组织 【作者】李小强;肖晴;李力;屈盛官 【作者单位】华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640
【正文语种】中文 【中图分类】TG454 铝合金由于密度小、力学性能良好、成形性能优异等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、机械等行业[1,2]。钎焊作为一种传统的连接技术，可以使被连接件的变形 控制在极小的范围内，从而为结构复杂的铝合金制件的连接提供技术支撑。铝合金目前常用的钎焊方法有火焰钎焊、气体保护钎焊和真空钎焊[3-5]。火焰钎焊简便 灵活，适用于小尺寸构件，但是加热过程中温度不易精确控制，难以保证接头质量，甚至可能烧坏被焊工件。气体保护钎焊和真空钎焊适应性好，并能较好地保证接头质量，但对设备的依赖性大，操作过程也较为复杂。空气炉中钎焊作为最简单有效的钎焊方法之一，具有加热均匀、设备简单通用、生产效率较高等优点，但因钎焊温度较高时，工件容易发生氧化，难以保证钎焊质量，导致其应用受到一定程度的限制；因此，寻找一种低熔点铝基钎料来降低钎焊温度，对实现铝合金低成本、高质量的钎焊连接具有十分重要的实际意义。 常用的铝基钎料主要是以Al-Si共晶为基础，根据不同的母材特性和钎焊接头性能要求，通过添加一定的合金元素而形成。针对不适宜采用Al-Si共晶钎料钎焊的低熔点铝合金[6,7]，国内外学者为降低钎料的熔点作了大量研究，结果表明，锗、铟、镱、铜等元素可以降低钎料的熔点；但考虑到材料成本，目前国内主要采用加入Cu元素以达到降低钎料熔点的目的[8,9]。本工作采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金，分析钎焊温度对接头组织和性能的影响规律。 钎焊实验采用空气炉中钎焊工艺，在SX3-4-10-A型箱式电阻炉中进行，所采用 的铝合金试件尺寸为15mm×30mm×3mm，其化学成分(质量分数/%)为：Mn 1.12，Si 0.12，Cu 0.07，Fe 0.55，Al为余量。母材的室温抗拉强度为 147.3MPa。