山东大学博士学位论文-Fe3Al异种材料扩散焊界面微观结构及扩散机制研究.ppt
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1、山东大学博士学位论文Fe3Al异种材料扩散焊界面微观结构及扩散机制研究,山东大学博士学位论文,作者姓名: 王 娟 专 业:材料加工工程 指导教师: 李亚江 教授,报 告 内 容,1. 选题目的、意义及研究内容 2. 试验材料及研究方法 3. 界面过渡区的组织特征 4. 扩散焊界面强度 5. 界面附近的微观组织结构 6. 界面元素的扩散分布 7. 结 论,1. 选题目的、意义及研究内容, Ni-Al、 Ti-Al、Fe-Al系三大金属间化合物领域中,Fe3Al金属间化合物成本低,应用更广泛, 选题目的、意义, 实现Fe3Al与碳钢、不锈钢的焊接,能够推动Fe3Al在抗氧化、耐腐蚀等工程结构中的应
2、用,具有重大潜在的使用价值,对经济建设和国防建设具有重要的科学意义和应用前景。, 解决的关键问题, Fe3Al脆性大,与Q235、18-8钢之间成分及热物理性能差别大,界面处易产生裂纹,焊接难度大, Fe3Al/Q235及 Fe3Al/18-8扩散焊界面较窄,形成的相结构复杂,接头强度是否能满足使用要求, 界面附近元素的扩散行为是高温下连续动态扩散过程,研究元素扩散有助于分析界面相结构的形成,对提高界面强度具有重要的意义,针对Fe3Al/Q235以及Fe3Al/18-8扩散焊 界面过渡区的组织特征 界面剪切强度 界面附近微观相结构 界面元素的扩散分布 界面过渡区的形成及生长规律, 研究内容,2
3、. 试验材料及研究方法,Fe3Al金属间化合物(真空感应熔炼、经1000均匀化退火) Q235碳钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢(18-8钢), 试验材料, 扩散焊设备及工艺,图2.1 试验用Workhorse型真空扩散焊设备及试样装配,工艺参数范围: 加热温度T9801080,保温时间t1580min,焊接压力P1017.5MPa,真空度1.3310-4 1.33 10-5Pa。,图2.2 扩散焊的典型工艺参数曲线, LYS压力试验机(剪切强度) SEM, XQF-2000, XRD, TEM(微观组织结构) Shimadzu 显微硬度计(显微硬度) EPMA (元素浓度分布) Fick第二定
4、律,增加初始和边界条件 (建立元素扩散分析方程), 试验及研究方法,(a) 100 (b) 400 图3.1 Fe3Al/Q235扩散焊界面附近的组织特征 (SEM),3. 扩散焊界面组织特征,(a) 扩散反应层 (b) 组织特征 图3.2 Fe3Al/18-8界面附近的显微组织特征 (SEM),图3.3 Fe3Al异种材料扩散焊界面过渡区的划分,(a) 106030min, P=10MPa (b) 106060min, P=12MPa,(c) 102060min, P=10MPa (d) 106060min, P=12MPa 图3.4 Fe3Al/Q235界面过渡区的显微组织 (SEM),图
5、3.5 Fe3Al/18-8界面过渡区的显微组织 (SEM),(a) 102060min, P=17.5MPa (b) 104030min, P=17.5MPa,(c) 104060min, P=15MPa (d) 106060min, P=15MPa,(a) Fe3Al/Q235 (b) Fe3Al/18-8 图4.1 试样尺寸,图4.2 剪切强度试验自制工装示意图,4. 扩散焊界面剪切强度, Fe3Al/Q235扩散焊界面,加热温度1060左右,保温4560min,压力1215MPa时,能够获得界面结合良好、剪切强度较高的Fe3Al/Q235扩散焊接头, Fe3Al/18-8扩散焊界面,(
6、a) 加热温度,图4.3 加热温度和保温时间对界面剪切强度的影响,加热温度控制在1040左右,保温时间4560 min、焊接压力1215MPa。能够获得界面结合良好、剪切强度较高的Fe3Al/18-8扩散焊接头。,(b) 保温时间, 剪切断口形貌,(a) 脆性断裂 (b) 解理台阶 图4.4 Fe3Al金属间化合物 的室温断口形貌 (SEM),(a) 脆性断裂 (b) 解理断裂 (c) 能谱分析 (d) 河流条纹(e) 准解理断裂 (f) 能谱分析 图3.5 Fe3Al异种材料扩散焊界面的剪切断口形貌 (SEM),界面剪切断口形貌较多为解理断裂和准解理断裂,有少量的韧性断裂特征。能谱分析表明断
7、裂主要发生在过渡区靠近Fe3Al一侧,(a) 测试位置 (b) 显微硬度 图5.1 Fe3Al/Q235界面过渡区的显微硬度分布, 界面过渡区显微硬度,106060min, P=15MPa时界面过渡区显微硬度峰值HM520,小于FeAl、FeAl2等脆性金属间化合物的显微硬度,5. 扩散焊界面微观组织结构,(a) 测试位置 (b) 100060min,图5.2 Fe3Al/18-8界面过渡区的显微硬度分布,(c)104060min (d) 106060min,1040 60min, P=15MPa时过渡区显微硬度值HM500,(a) Al (b) Fe (c) Cr (d) C 图5.3 Fe
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