毕业论文：晶态BNi-2镍基钎料钎焊不锈钢工艺和接头组织研究

毕业设计（论文）

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题 目
晶态BNi-2镍基钎料钎焊不锈钢工艺和接头组织研究

目录
ABSTRACT - 3 -
第一章 概论 - 5 -
1.1 课题背景及意义 - 5 -
1.2 晶态BNi-2特性 - 5 -
1.3 不锈钢的钎焊性 - 5 -
1.4 镍基钎料钎焊不锈钢组织研究国内外现状 - 6 -
1.5 镍基钎料钎焊不锈钢组织研究的发展趋势 - 7 -
1.6本文的研究方法和主要内容 - 8 -
1.7 本章小结 - 8 -
第二章 实验材料设备及方法 - 9 -
2.1.1 钎焊母材 - 9 -
2.1.2 钎料 - 10 -
2.3.1 钎焊工艺 - 10 -
2.3.2 实验方法 - 12 -
2.3.3.夹具设计 - 13 -
2.3.5 剪切强度实验 - 14 -
2.3.6 金相实验 - 14 -
三 实验结果与分析 - 16 -
3.1 力学性能及分析 - 16 -
3.2金相试验结果及分析 - 19 -
3.3 本章小结 - 22 -
结论 - 23 -
致 谢 - 24 -
参考文献 - 25 -
第一章 概论

1.1 课题背景及意义
BNi2 钎料作为一种高温钎料, 它具有熔化温度低、润湿性及流动性优良的特点, 因此在机械、化工、航空、航天等领域中得到了广泛的应的抗氧化性能和耐蚀性能, 并且这种钎料的钎焊温度范围与不锈钢及高温合金的热处理制度相吻合, 故适用钎焊那
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反应堆的镍基钎料；用于电真空器件的金基钎料和银基钎料等数十种新钎料。70年代后期, 随着电子信息产业、家电、汽车和军工等行业的迅速发展, 对钎料的需求越来越大, 我国攻克了诸如Cu-P钎料等加工困难的技术难关, 研制成功了近百种新钎料、新钎剂(也称熔剂或助焊剂)。例如用于陶瓷与金属连接的Ag-Cu-Ti钎料、镍基非晶态钎料、钛基和钯基钎料、无腐蚀性铝钎剂。到目前为止, 我国从事钎材科研、生产的单位已超过300家, 其中国营和集体企业占大多数, 职工人数近万人, 可以生产锡铅、铝基、铜基包括铜磷、银基、镍基、锰基、钯基等七大类, 约600多个规格品种, 年产量约为2-2.3万吨【1】。
美国民用喷气式客机的燃气构件,鼓风管排,气管气流分离片, B 一52 重型轰炸机的蜂窝结构壁板等,超音速B一58 重型轰炸机的蜂窝结构,燃气涡轮,换热器等, 英国R ol ls一R o yc e 航空公司生产的R B 一Z H 三轴涡轮风扇发动机转子和定子叶片, S p e y 一5 12 发动机的高压三级涡伦双叶片、三叶片固定板、可调三叶片固定板双叶片预锁板高压涡轮止推轴承封严座等零件, 苏联M一29 等涡轮喷气发动机, 英法联合生产的协和号飞机发动机零部件, 以及国内的一些涡伦风扇发动讥蜂窝密封环,封严块结构等, 都是用镍基钎料在真空中钎焊制成的【2】.
由于不锈钢本身所具有的特性，与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有其特殊性，更易在其焊接接头及其热影响区（HAZ）产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。马氏体型不锈钢进行焊接时，由于热影响区中被加热到相变点以上的区域内发生a-r（M）相变，因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬化产生的延展性下降等问题。一般来讲铁素体型不锈钢有475℃脆化、700~800℃长时间加热下发生σ相脆性、夹杂物和晶粒粗化引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。奥氏体型不锈钢一般具有良好的焊接性能，但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生σ相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体易引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时极易生成贫铬层，而贫铬层的出现在使用过程中易产生晶间腐蚀。双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低，但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题【3】。
钎焊的发展以及新型高性能材料在航空发动机制造中的应用需求，使得镍基单晶高温合金焊接得到了发展。新型钎焊与过渡液相扩散焊技术具有基体材料不熔化，接头组织与基体相同，高温性能与基体相同或相近，零件整体均匀加热，焊后内应力和变形小，可以实现某些其他连接方法难以实现的复杂精细结构件的制造等一系列优点。
北京航空材料研究院的潘辉等人采用钎焊技术对一级、二级镍基高温合金导向叶片进行修复，通过氟化物反应及机械方法去除叶片裂纹处的氧化膜后采用镶块和预填合金粉相结合的工艺进行补钎焊，修复的叶片获得了满意的性能。北京航空制造工程研究所的张胜等人通过对K403合金采用新型镍基钎料3P1进行真空钎焊，得到了与基体组织相似的钎焊接头，然后对接头微观组织及连接机制进行分析，对接头的高温力学性能进行测试，接头高温性能良好，1000℃下的高温拉伸强度可以达到基体强度的90%，高温持久强度可以达到基体强度的70%以上。哈尔滨工业大学的王刚等人对K465镍基高温合金进行真空电子束钎焊研究，试验采用MEDARD45型真空电子束焊机对钎料周围进行加热钎焊。焊后分析了不同工艺参数对接头抗剪强度的影响，研究发现在界面反应层中生成5种产物：大量的镍基γ固溶体和（γ′+γ）共晶相，大量的富含钨的Ni3B和CrB相，以及少量的NbC相；化合物相以细小的块状弥散分布在镍基固溶体中。同时发现随着束流和加热时间的增加，接头抗剪强度呈现先增大再降低的趋势，钎焊接头断口呈脆性断裂特征【4】。
1.5 镍基钎料钎焊不锈钢组织研究的发展趋势
开展镍基高温合金先进的焊接修复技术的研究及应用，可以提高高温合金焊接接头性能，延长焊接件的使用寿命，提高焊接件的使用可靠性，能带来巨大的经济效益。由于镍基高温合金元素复杂，易形成裂纹等许多问题，目前的镍基高温合金所采用焊接技术都存在一定的缺陷，单独的焊接工艺已经难以满足生产的需要，而高性能航空发动机的研制对先进航空高温结构材料的焊接技术将提出更高的要求，目前尚有许多技术难题等待专业技术人员去研究解决。在今后的研究中焊接技术人员需要开展像真空电子束钎焊（VEBB）、活性焊剂焊接技术（A-TIG焊）、瞬态液相扩散焊（TLP）、线性摩擦焊技术、搅拌摩擦焊技术和高能束流焊接技术等先进焊接技术的研究，这些先进焊接技术的研究必将推进镍基高温合金的焊接技术发展。未来的高性能航空发动机的性能要求焊接技术人员需要进一步完善各种焊接工艺参数，开展高温合金先进焊接技术的实用工艺研究。镍基高温合金的焊接研究具有重要的理论和现实意义。
钎焊技术的发展越来越趋向于精密控制和数值分析，各种新型仪器和分析方法的发展也推动了钎焊技术的研究。要取得国内先进钎焊技术的进展，应该加大基础理论的机理性研究, 同时提高试验分析方法的精度。钎焊工艺及设备的发展：电弧钎焊；瞬态液相钎焊；红外钎焊；真空钎焊；直流电阻钎焊；扩散钎焊；高频钎焊；微电子钎焊（激光软钎焊、再流焊和波峰焊）；钎焊自动化。在焊接技术迅速发展的今天，钎焊技术已成为应用最广泛的连接技术之一。随着家电行业、微电子行业、自行车行业、汽车行业、制冷行业以及通讯产业的不断发展，钎焊技术的研究将进入一个新的发展时期，特别是钎焊材料的发展将面临着一个新的发展机遇。



1.6本文的研究方法和主要内容
本实验采用真空烧结炉对不锈钢进行钎焊，主要研究钎焊温度和保温时间两个工艺参数对焊接工艺以及接头组织的影响。通过比较不同钎焊温度和保温时间下接头的力学性能能和微观组织来选取最佳的工艺参数，以使焊缝可以达到更高的工艺要求。
实验过程中，每次把一组实验试样放如钎焊炉，调整到合适的钎焊的温度和保温时间，钎焊完毕进行力学性能实验和显微 ……（未完，全文共14162字，当前仅显示3369字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：晶态BNi-2镍基钎料钎焊不锈钢工艺和接头组织研究》）