论文部分内容阅读
Ti(C,N)基金属陶瓷因其具备高硬度、强度、耐磨性，良好的化学稳定性和抗蠕变性能，常被用在机械、冶金多种行业和领域。但是它脆性大、韧性及耐冲击能力差，难于制成尺寸大，形状复杂的构件。所以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢的可靠连接意义重大。本课题分别进行了Ti(C,N)/Zr/Cu/Zr/40Cr瞬间液相扩散焊试验、Zr/Cu/Zr瞬间液相扩散连接Ti(C,N)陶瓷基体试验和Ti(C,N)/Zr/Cu/AgCu/40Cr瞬间液相扩散焊试验三部分试验。并利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和电子万能材料试验机等对接头区域微观形貌、界面组织、力学性能及断口形貌等进行分析，研究了不同工艺参数对接头微观组织及力学性能的影响。Ti(C,N)/Zr/Cu/Zr/40Cr瞬间液相扩散焊试验，研究了接头微观组织特征和界面元素扩散行为，以及保温时间对接头界面微观组织的影响。结果表明：Cu-Zr发生共晶反应形成过渡液相，使Fe、Zr、Cu、Ti等元素在界面区域发生相互扩散，形成界面过渡层，接头抗弯强度可达136MPa，但是接头40Cr侧生成FeZr2和Fe3Zr脆性金属间化合物，致使界面结合薄弱；随着保温时间的延长，接头界面各元素的互扩散充分，Cu-Zr液相区变宽，界面过渡均匀，结合致密。Zr/Cu/Zr瞬间液相扩散连接Ti(C,N)陶瓷基体试验，重点研究了保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响。结果表明：在特定焊接工艺条件下，界面处元素Ti、Al、Zr、Cu发生互扩散，形成以Ti(C,N)/CuZr2+CuZr+ZrO/Cu为主要组织的过渡型界面，接头最高弯曲强度可达320MPa；最优工艺参数为950℃、3MPa下，保温时间15min~30min，此时界面组织均匀致密，可获得力学性能较高的焊接接头。Ti(C,N)/Zr/Cu/AgCu/40Cr瞬间液相扩散焊试验，分析了接头微观组织并研究焊接温度、保温时间变化对接头界面微观组织的影响，通过弯曲强度对比研究接头断裂机制并确定最佳工艺参数范围。结果表明：界面处Ti、Al、Zr、Cu、Ag发生互扩散，形成以CuZr2和CuZr混合形态存在的界面过渡区；在加热温度980℃、施加3MPa压力，保温时间30min时平均接头强度达到最大值221MPa，元素扩散反应区的宽度可达16μm左右，此工艺规范断裂方式为焊缝与Ti(C,N)界面交替扩展的混合型断裂，可以实现Ti(C,N)基金属陶瓷与40Cr钢的可靠性连接。