一種鋼高溫釬焊異種接頭組織與性能

1、42crmo/38mnvs6鋼高溫釬焊異種接頭組織與性能microstructure and propert i es of 42crmo and 38mnvs6 steei brazed joints at hightemperature摘要42crmo鋼屬于超高強度鋼，具有高韌性、高強度、高滲透性、良好的機械性 能及可加工性等優(yōu)點，應用相當廣泛。這種鋼材適宜制造要求一定強度和韌性的大、 中型塑料模具。38mnvs6非調質鋼多適用于牛產(chǎn)汽車轉向節(jié)，可替代40cr鋼制造, 性能更優(yōu)良。關鍵詞42crmo鋼 38mnvs6鋼 高溫釬焊 接頭組織 力學性能第一章緒論1.1目的與意義因工業(yè)污染導致的

2、全球環(huán)境惡化以及內燃機技術的不斷更新發(fā)展，作為發(fā)動機最重要的部件 的活塞若不能承載更高的機械載荷和熱載荷，那么發(fā)動機的機械效率和熱效率就不能隨z提高， 這樣對環(huán)境及技術發(fā)展都是不利的。隨著發(fā)動機技術的快速發(fā)展，高負荷、高功率、高效率的活 塞正被汽車產(chǎn)業(yè)所認可并廣泛應用。傳統(tǒng)的鋁活塞已不能滿足發(fā)動機越來越嚴格的性能要求，雖 然由鋁合金制造的鋁制活塞重量輕、制造成本低，但工作狀態(tài)不穩(wěn)定，只可在350°c下穩(wěn)定工作, 同時存在因采用重力鑄造而導致的缺陷率較高的問題。鋁合金材料的固有特征，也導致鋁活塞的 硬度及強度難以滿足現(xiàn)階段發(fā)動機的使用要求。因此采用新型材料制造適合大部分發(fā)動機性能的 活

3、塞成為各企業(yè)以及國內外研究的重點。在這種工業(yè)背景下，工作更穩(wěn)定、可靠性更高、承載強 度更高、機械負荷更大的鍛鋼活塞己逐步替代了鋁制活塞而被廣泛應用。采用鍛鋼活塞還可提升 抗磨損性能，從而延長活塞使用壽命；鍛鋼活塞的生產(chǎn)過程較鋁活塞也更環(huán)保，對工作人員的身 體健康損害小；釆用鍛鋼活塞的汽車廢氣排放量更低，對環(huán)境的污染小，可節(jié)省能源。目前國內 外采用的鍛鋼活塞屮最受關注的是整體鍛鋼活塞，而整體鍛鋼活塞的研發(fā)利用則可代表當今背景 下活塞發(fā)展的新思路與新方向。但鍛鋼材料活塞是一種新型活塞，在設計工藝、制造流程等方面 與鋁活塞有一定的區(qū)別。我國在鍛鋼活塞領域的研發(fā)力度仍不到位，也無鍛鋼活塞的設計標準，

4、所以目前我國還不能獨立批量生產(chǎn)鍛鋼活塞，而國外在這一領域的理論技術層面及加工生產(chǎn)層面 已遠遠領先于我們。故早tl研發(fā)出我國標志性知識產(chǎn)權的鍛鋼活塞已變得十分重要。42crmo鋼屬于超高強度合金調質鋼，強度高、韌性高、經(jīng)調質處理后具備抗多次沖擊的能 力，較高的疲勞極限數(shù)值，良好的低溫沖擊韌性。高溫時具備高蠕變強度和高持久強度等優(yōu)點。 因為上述良好的機械性能以及較高的疲勞壽命，故廣泛適用于制造強度較35crmo鋼或40cr鋼 更高或斷血較35crmo鋼或40cr鋼更大的鍛件，如活塞芯、活塞桿、受載荷較大的連桿及彈簧 夾、發(fā)動機的氣缸等機械結構部件。其中活塞芯的主要成分為42crmo鋼，活塞桿采用4

5、2crmo合 金鋼鍛造制成，熱處理后的活塞桿強度會提髙，表面可經(jīng)鍍鋅、鍍線等處理工藝進行裝飾，以此 可滿足不同客戶的產(chǎn)品耍求。38mnvs6屬于微合金非調質鋼，在其中加入了 v元素，鍛造或熱軋?zhí)幚砗罂色@得相似調質鋼 的性能。微合金技術在20世紀60年代的發(fā)展在實質上為非調質鋼的出現(xiàn)提供了技術理論支持。我國的微合金化非調質鋼領域開括于“六五”時期，但因為許多因素影響，20世紀90年代非 調質鋼的發(fā)展狀況并不樂觀。但21世紀科技水平和工藝的進步使非調質鋼在汽車等行業(yè)應用十 分廣泛。38mnvs6非調質鋼具有良好的耐久性和可加工性，多適用于生產(chǎn)汽車轉向節(jié)與汽車發(fā) 動機連桿。目前我國應用非調質鋼零部件

6、最多的是汽車發(fā)動機連桿，此部位消耗的非調質鋼用量 約占我國生產(chǎn)總量的50%。此種鋼制造轉向節(jié)可保證良好的切削性能且可省略調質處理工序，因 此可縮短生產(chǎn)周期。同時一方面可提高一定量的經(jīng)濟效益，另一方面又可節(jié)約熱處理能源，故可 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的40cr鋼制造汽車轉向節(jié)。優(yōu)良的產(chǎn)品性能指標也可滿足鍛鋼活塞、汽車轉向節(jié)的性 能要求，這使得38mnvs6鋼在汽車結構件的應用發(fā)展空間廣闊。42crmo和38mnvs6活塞熱處理工藝參數(shù)材質熱處理方式熱處理設備工藝控制參數(shù)活塞硬度范圍42crmo淬火+回火淬火油槽冷卻介質l-an22機油入油溫度850°c出油溫度120°c介質溫度s60

7、6;c265-335hb鏈式回火爐回火溫度630丄30°c回火時間200丄20min38m11vs6控制冷卻控制冷卻通道鍛件上線溫度2950°c冷卻速度30120°c / min鍛件下線溫度600 °c250310hb隨著科學技術及工業(yè)水平的高速發(fā)展，構建不同材料而組成的復合結構將越來越受關注及廣 泛的應用。其中，異種金屬材料的焊接研究將是科研的重點所在，這也具有很重要的理論和經(jīng)濟 意義。42crmo鋼因母材金屬的含碳量高，合金元素所占成分也多，應用國際焊接學會計算的ccq（碳 當量）值為0.87%,導致了可焊接性較差。在焊接過程屮，一部分的母材金屬會熔

8、化到焊縫金屬 中，從而導致了焊層金屈含碳量的提高，該鋼的結晶溫度區(qū)間較大，偏析現(xiàn)象較嚴重，同時因化 學元素硫的存在，焊接時易產(chǎn)生裂紋（如焊層金屬中的熱裂紋），焊接過程中需嚴格控制o 42crmo 鋼的淬硬傾向也較大。對于熔點較高的鋼母材金屬而言，加熱溫度大于800c的釬焊為高溫釬焊。而真空釬焊是將結 構件放置于真空狀態(tài)下對其進行加熱和保溫，促使釬料在適宜的溫度范圍和時間范圍內熔化，通 過釬料的毛細作用與固態(tài)金屬發(fā)生充分潤濕、溶解、擴散，從而將工件焊接在一起的一種先進焊 接方法。真空釬焊的突出優(yōu)勢是可連接異種金屬、實現(xiàn)復雜結構件的同時焊接，同時因為是在真 空環(huán)境下焊接，可有效避免空氣對工件造成不

9、利影響，焊接后的接頭光滑致密、力學性能和抗腐 蝕性能的表現(xiàn)優(yōu)良。高溫釬焊最常用的釬焊材料是鋼和鎳基合金，42cmo/38mnvs6鋼都屬于合 金鋼且兩種鋼也適用于真空爐中釬焊，故42crmo/38mnvs6鋼可采用真空爐高溫釬焊方法焊接。 42crmo/38mnvs6鋼高溫釬焊時選擇搭接接頭的形式也是極為正確的。因為搭接接頭是最常用的 釬焊接頭形式，此種接頭通過增加接頭的搭接面積可確保改變接頭強度或承載能力，從低于母材 變化為與母材相等甚至達到高于母材的數(shù)值。此外，搭接形式的接頭裝配過程較簡單，既省時乂 省力。本試驗采用42crmo/38mnvs6鋼搭接接頭形式在tl1400管式真空釬焊爐屮加

10、熱到1050°c、 1100°c. 1200°c三個溫度的高溫釬焊的焊接方法。真空爐中高溫釬焊可精準的控制焊接溫度、保 證均勻加熱、焊接變形小、可最大程度的保證焊件尺寸的精度，釬焊質量好。高溫釬焊過程中的 被焊件表血的平整度、所選擇的釬焊溫度和保溫時間等工藝參數(shù)都會影響釬料的流動效杲，也會 決泄釬料和母材之間相互的冶金反應。故準確的控制這些焊接參數(shù)可獲得力學性能優(yōu)秀的高溫釬 焊焊接接頭。高溫釬焊不適用釬劑，所以為達到釬劑的防止金屬表面氧化、釬料對母材實施潤濕 作用的目的，在真空下環(huán)境保證氣氛純度可與高溫釬焊配合使用。高溫釬焊得釬縫是由熔化的液態(tài)釬料凝固后連接形成的

11、，這也導致了釬焊接頭的性能一定程 度上由釬料的性能決定。本課題的高溫釬焊是采用銀基(bni82crsib)釬料，此種釬料為硬釬料。 銀基釬料具備良好的高溫性能。高溫釬焊時將焊件和釬料加熱到1050°c> 1100°c. 1200°c三個熔 化溫度，利用bni82crsib釬料良好的潤濕性和毛細作用在釬縫間流動而潤濕母材，填充接頭的間 隙，釬料和母材相互擴散，實現(xiàn)連接焊件的冃的。bni82crsib釬料是應用最廣泛的鐮基釬料，其 中ni元素含量最多，釬料中還加入了碳、硼、硅、珞、鐵等元素。碳可以降低鐮的熔點，但添 加量不能過多，否則會增加釬料對金屬的溶蝕傾向。

12、硅、硼的含量應分別控制在6%和4%以下， 可避免其與鐮作用生成金屬間化合物或固溶體，防止接頭變脆。硅、硼除了可降低銀的熔點，還 可改善釬料的潤濕性。鉆是bni82crsib釬料的主要添加元素，對鐮具有固溶強化的作用。少量鐵 的存在可增加釬料的強度。bni82crsib釬料釬焊的接頭表面光滑平整、具有較高的高溫強度、氣 密性好、形狀和尺寸也穩(wěn)定，焊件的組織和性能的變化不大，可連接相同或不相同的金屬及部分 非金屬。釬焊前應在焊件表面上預置bni82crsib釬料，釬焊吋，還可采用對工件進行整體加熱, 一次可焊完多條焊縫，能提高生產(chǎn)效率，且釬焊對工件表面清潔度要求較高，若待焊件表面被油 脂、氧化物、

13、灰塵等雜物覆蓋時，液態(tài)釬料在母材表面的鋪展和填充過程會被影響，釬焊前務必 清除完全，故焊前準備工作較復雜。由于釬焊的以上特點，釬焊不適用于焊接一般的鋼結構和重載、動載機件，主要用于制造精 密儀表、電氣零部結構件、異種金屬結構件以及復雜的薄板結構。故釬焊在機械加工、電動機制 造、儀表的制造、無線電等領域都已得到了廣泛的應用。具體可用于制造硬質合金刀具、鉆探鉆 頭、自行車車架、換熱器、導管以及各類容器等；在微波傳導、電子管和電子真空器件的制造方 法屮，釬焊甚至是唯一可選擇應用的焊接方法。因為釬焊具有精確度高、生產(chǎn)效率高等特點，對 于尺寸微小、結構攵雜、要求精密的零部件，在生產(chǎn)工藝中可優(yōu)先考慮選擇釬

14、焊方法進行焊接。高溫釬焊技術廣泛應用于飛機、火箭、噴氣機發(fā)動機、渦輪葉片、核能技術和核反應堆等軍事加 工領域。當制造尺寸要求嚴格，加工難度大的結構件時，高溫釬焊具有不可替代的作用。該課題的研究可幫助我們進一步了解42crmo/38mnvs6鋼的焊接性、高溫釬焊的基本原理以 及分析兩種鋼高溫釬焊的焊接接頭組織與性能所發(fā)生的變化、同時可學習了解高溫釬焊真空爐設 備的結構及使用方法。通過此課題的研究，兩種鋼材在汽車零部件及其他機械構件的應用前景將 更加廣闊。也可為后續(xù)此類相關課題研究奠定理論基礎，提供研究方向與研究方法。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀國外在上個世紀80年代后期就開始以高溫釬焊代

15、替電鍍工藝，并取得了良好的效果，且已有成 果已被應用。徳國的a trenker等人在高溫釬焊的過稈中分別采用了活性釬料和ni基釬料以實現(xiàn)金 剛石與基體的結合，同時將其與電鍍工具進行了對比，發(fā)現(xiàn)高溫釬焊金剛石工具比電鍍金剛石工具的 性能優(yōu)異許多;瑞士的a k chattopadhyay等人則用ni-cr合金作為釬料，在1080溫度、氨氣保護 等條件下感應釬焊30s來實現(xiàn)金剛石與鋼基體的結合；國外的學者在一些新型的釬焊方法如輕合金特 殊釬料、陶瓷釬焊、納米復合釬料等特殊的釬焊工藝方面也頗有成就。烏克蘭巴頓電焊研究所研究成 功出一種以k2sif6為基的釬劑，達到了只使用該釬劑而不使用釬料就可完成合金

16、釬焊連接的目的；法 國研究者通過在真空或屮性的氣氛下成功釬焊出世界上最大的以sic陶瓷為基的望遠鏡的赫歇爾反 射鏡面；德國亞琛大學研究了大量氧化物改性釬料的性能，發(fā)現(xiàn)釬焊接頭抗拉強度與釬焊成分和釬焊 的溫度有關；美國肯塔基州大學開展了關于納米復合釬料的研究，將在1350度溫度并在爐中釬焊的 不加入納米材料和加入納米材料的釬料進行了對比，發(fā)現(xiàn)納米復合釬料的熔點相對較低，同吋更容易 鋪展；德國多特蒙德大學采用有限元模型對硬質合金/鋼釬焊接頭應力-應變進行了模擬，結果顯示出 釬料層較厚時，接頭壓應力較小，厚釬層具有較大的蜩性變形的能力，釬焊時應優(yōu)先選擇；美國的 m. singh r. asthana

17、等人采用先進的釬焊技術焊接集成連接了 zrb?基超高溫陶瓷復合材料，研究表 明對于接頭組件（在研究中0. 51厘米總馮度），向zs加入鈦或鎳相對于金屬基底要降低近33 - 43% 熱阻,使用這樣的接頭的先進組件可提高散熱能力;美國的k. merskine、a.m. meier、s.m. pilgrim 等人對鈣鈦礦陶瓷與銀/銅氧化物釬焊合金進行的釬焊研究試驗，結果表明使用ag/cuo合金，在 1050°c和1100°c的空氣中可成功釬焊覘酸鎂（pmn）。對于所有測試的釬焊工件，斷裂強度相對恒定, 在銀/ pmn界面處沒有觀察到顯著的反應產(chǎn)物層，并且釬焊合金屮間層的存在僅略微

18、改變了 pmn的電 性能；德國mahle公司生產(chǎn)的ferrocomp活塞（鋼/鋼組合活塞）是由鍛鋼頭與鍛鋼裙組合而成?；?塞頭部為鍛鋼制成，材料采用的是42crmo4鋼，經(jīng)過淬火和回火處理，而活塞裙材料為38mnvs6鋼。 這種活塞雖然具有可承受較高的峰值氣缸壓力、冷卻效率也較高等優(yōu)點，但繁雜的螺栓裝配工藝導致 了沉孔座過渡圓角周圍表面應力集中嚴重，這會降低活塞壽命。與之不同的是，monotiierm活塞由整 塊鍛件構成，承受的氣缸壓力更大、重量更輕、高度更低、導向性能優(yōu)秀、高強度，最重要的是使用 壽命更長。故monotherm活塞已開始批量生產(chǎn)與應用。1.2.2國內研究現(xiàn)狀雖然目前國內在研允

19、能力與技術水平方面仍與國外存在著一定的差距，但近年正在加大研發(fā) 力度，努力加速發(fā)展。第四軍庚大學采用真空爐內高溫釬焊的方法，以nicr13p9合金作為釬料，配以少量的ci粉, 在950度高溫加壓條件下進行了釬焊，從而實現(xiàn)了金剛石與鋼基體間的牢固結合。黃曉英等人則 采用真空釬焊方法對3003鋁合金和4045鋁合金復合板進行了有效連接且研究認為元素擴散的快 慢是影響接頭強度的決定性因素。北京航空航天大學、北京大學提出了一種適用于鋁及鋁與其他 金屬的異種接頭釬焊的釬料和釬劑；這種釬料及釬劑搭配具有優(yōu)良的釬料活性、抗腐蝕性和工藝 性，已達到或超過了世界的一流水平。北京航空制造工程研究院的張勝等人對k4

20、03合金采用了 新型的鎳基釬料3p1而進行了真空釬焊，焊接后得到了與基體的組織相類似的釬焊接頭，之后分 析了接頭的微觀組織以及其連接機制，對接頭高溫下的力學性能也進行了測試，測試結果顯示接 頭的高溫力學性能良好，1000°c下的高溫拉仲強度可以達到基體強度的90%,而高溫持久強度則 可以達到基體強度的70%以上。山東大學的宋樹峰等人模仿參考了國內外活塞設計的流程，對自 主知識產(chǎn)權的鍛鋼活塞的設計開發(fā)展開了研究并通過試驗驗證了所設計的鍛鋼（42crmo鋼可做為 其中一種制造材料）活塞可通過疲勞強度測試、可靠性分析等試驗，同時可滿足發(fā)動機的性能要 求。內蒙古科技大學的峰山等人對42crm

21、o鋼的硬度和耐磨性能進行了研究，結果顯示隨著合金 元素憶、門配比的增加，試樣的硬度隨之增加，磨損率值減小，耐磨性提高。濟南第二機床集 團有限公司的馮煥公、高海濤等人對42crmo高強鋼的焊接工藝進行了研究，研究發(fā)現(xiàn)42crmo 中碳調質高強鋼若采用v型坡口和co?混合氣體保護焊等焊接工藝就可獲得滿足機械性能的焊 接接頭。上海機械制造研究所的王志明、陳德華等人研究過鍛造工藝可對非調質鋼38mnvs6的微 觀組織及力學性能造成的影響，試驗結果證明鍛造工藝的終鍛溫度會導致38mnvs6鋼品粒度的大 小發(fā)生變化，影響力學性能；當加熱到1050°c以上時，38mnvs6鋼屮的微合金元素就能全部

22、溶于 奧氏體中，發(fā)揮彌散強化作用；終鍛溫度不變的情況下，增加冷卻速度可提高硬度與強度；細小 的鐵素體晶粒采用彌散分布的方式有利于提高材料的塑性。安徽工程大學的姚宏山、張建國等人 研究造成38mnvs6汽車轉向節(jié)桿部沖擊韌性偏低的原因，發(fā)現(xiàn)了晶粒度偏大且晶粒不均勻是引 起沖擊韌性偏低的一個原因。國內的劉棟林、譚利等人研究的是38mnvs6非調質鋼在汽車轉向節(jié) 上的應用，研究表明采用38mnvs6非調質鋼制造轉向節(jié)是十分合適的。東北大學的邢萍等人研 究了氮元索含量對非調質鋼38mnvs6的組織及性能的影響，結果顯示氮含量的增加會造成 38mnvs6鋼的強度先降低而后升高，室溫條件下沖擊韌性會先升高

23、再降低；氮含量增加會使鐵素 體含量上升和細化組織，從而起到顯著有效的韌性改善功能。1.3課題主要研究內容高溫釬焊技術具備焊接溫度高、焊接溫度加熱均勻、變形小、焊接接頭性能優(yōu)良等優(yōu)點，故本 文論述了 42crmo/38mnvs6鋼高溫釬焊后的組織及性能研究的成果及影響。具體研究內容如下:(1) 選取3組異質的42crmo/38mnvs6鋼為母林 采用三個不同的焊接溫度，通過對比分析三 個不同溫度下的焊接接頭的組織及性能差異，尋求最佳的焊接工藝和焊接接頭。(2) 選用合適的焊接釬料，探尋高溫釬焊焊接工藝連接42crmo/38mnvs6鋼的工藝特性及規(guī)律。(3) 42crmo/38mnvs6鋼高溫釬

24、焊接頭的微觀組織成分研究及界面行為分析。(4) 42crmo/38mnvs6鋼高溫釬焊接頭的力學性能的研究。第二章 試驗材料及設備2. 1試驗材料試驗所用的材料為北京海納川汽車部件股份有限公司提供的2mm厚的42crmo/38mnvs6鋼， 兩種材料的各種化學元素含量如表2.1和表2.2所示，42crmo鋼力學性能見表2.3, 38mnvs6鋼 力學性能見表2.4表2.1 42crmo鋼的化學成分(血)tab.2.1 the chemical composition of 42crmo steeicsimnpscrmofe0.3 8 0.450.20 0.400.50 0.80<0.03

25、 5<0.0400.901.200. 15 0.25余量表2. 2 38mnvs6鋼化學成分（血）tab.2.2 the chemica1 composition of 38mnvs6steelcs im nspvnf e0.37 0.410.15 0.801.2 1 . 60.0 2 0.0 6<0.0250.08 0.200.01 0.02余m表2. 3 42crmo鋼力學性能tab.2.3 the mechan i ca1 propert i es of 42crmosteel抗拉強度o b / m p a屈服強度o s / m p a伸長率8（%）斷面收縮率屮（）硬度>

26、; 1 0 80 ( 1 1 0 )>93 0 ( 95 )> 1 2>45<2 1 7hb表2. 4 38mnvs6鋼力學性能tab2.3 the mechanical properties of 38mnvs6steel抗拉強度ob/mpa屈服強度o s / m p a伸長率6（%）斷面收縮率屮（ ）硬度>810>555>23.0>50.0< 25 7 h b利用scope axio zeiss金相顯微鏡拍攝的42crmo/38mnvs6鋼的微觀組織照片如圖2. 1、2.2 所示。由圖2. 1可知，42crfo鋼組織為圖中黑色的經(jīng)調質處

27、理后保持馬氏體位向的冋火索氏體和 白色相的鐵素體組成。由圖2. 2可知，38mnvs6鋼組織由圖中相互夾雜的白色無規(guī)則形狀相和和 黑色塊狀相組成，白色相是鐵素體，黑色相是珠光體。42crmo 鋼圖2.1 42crmo鋼顯微組織figure 2. 1 microstructure of 42crmo steel38mnvs6 鋼圖2.2 38mnvs6鋼顯微組織figure 2.2 microstructure of 38mnvs6 steei本文利用高溫釬焊搭接接頭的方法焊接42crmo/38mnvs6鋼，兩板zl'可放置釬料焊接，釬料型號是國家標準gb 10859-1989規(guī)定的bn

28、i82crsib釬料，其化學成分如表2.4所示表2. 5 bnqcrsib釬料化學成分及熔化溫度table2.5 the chemica1 compositionand meltingtemperarureof bngcrsibbraz i ng fill1 er metalcrbsifecspnitstl6-82.75-3,.54-52.5-3.50.06<0.020.02余量97010002.2試樣制備和試驗設備2.2.1高溫釬焊試驗試驗方法：焊前第一步工序是下料，用線切割機切割下料，切取的試樣尺寸為25mmx22mmx2mmo線切割可以確保搭接焊縫緊密結合，有利于得到良好的焊接效果

29、。由于高溫釬焊對焊件表面要求較高，焊前需進行42crmo/38mnvs6鋼表面清潔度的嚴格處理。用丙酮清洗焊件表面油污,之后用#240、#320、#500、#800、#1200砂紙對工件表面及四周進行精細打磨,以到達去除表而鐵銹、毛刺、氧化膜、保證表面及四周平整光滑的目的。處理完成后，用無水乙醇再次清洗表面，之后用塑封袋存放焊件，防止表面變臟及氧化。焊接前，在兩板搭接接頭間預放置粉末狀的bni82crsib釬料，隨后在真空爐中完成高溫釬焊。在確定lomin的保溫時間前提下，改變釬焊溫度，獲得1050°c、1100°c、1200°c三種不同焊接溫度下的焊接接頭，研究

30、分析不同溫度下的接頭的微觀組織、破度的變化。試驗設備：試驗所用的設備為南京博蘊通儀器科技有限公司生產(chǎn)的tl1400管式真空釬焊爐， 此設備由tl1400管式加熱爐和高真空分子泵組構成，該設備具有快速升溫、降溫的功能，電源 電壓為220vo當電爐溫度超過1200°c或熱電偶燒斷時，設備會啟動過溫保護或斷偶保護功能， 主電路的交流繼電器會自動斷開，主電路斷開，面板的on燈熄滅，off燈變亮，起到保護電爐 的作用。此外還具備斷電保護，斷電后再啟動時，程序會從斷電爐溫開始升溫。tl1400管式真 空釬焊爐如圖2.5所示圖2.3tl1400管式真空釬焊爐figure 2.5tl1400 tub

31、e type vacuum brazing furnace2.2.2金相試驗試驗方法：焊件高溫釬焊后在爐中保溫lomin,利用dk7750型線切割機在垂直于焊縫（接頭） 方向切取金相試樣。由于試樣尺寸較小，為方便拋光及打磨，保證觀察顯微組織時表而平整，易 于觀察，切割后的試樣需進行鑲嵌，鑲嵌過程在如圖2. 9所示的實驗室的金相鑲嵌機上完成。每 次鑲嵌一個工件，鑲嵌時間為20s,鑲漲的溫度為140°c,旋轉右側把手加壓至壓力燈亮起即可。 鑲嵌后的試樣經(jīng)#240、#320、#500、#800、#1200金相砂紙打磨平整無劃痕后進行拋光。打磨時, 必須依次按照不同強度的砂紙由大到小的順序打

32、磨。最終做到將試樣表面劃痕磨掉，之后在拋光 機上進行拋光。拋光布為尼絨布，拋光過程中可用1.5、3.5金剛石研磨膏去除劃痕，將焊縫位 置處表面拋光至鏡面般光亮無劃痕即合格。拋光結束后，用清水沖洗干凈表面，用吹風機吹干之 后用棉簽蘸取少量無水乙醇擦拭清理表面，再次用吹風機吹干。組織觀察：先用496硝酸酒精溶液對42crmo/38mnvs6鋼進行腐蝕，腐蝕時間為3-6秒。z后釬縫區(qū)域用氫氟酸：硝酸：鹽酸二3:3:5 的容量比配置15ml氫氟酸+15ml硝酸+25汕鹽酸共55ml的混合酸腐蝕液進行腐蝕，腐蝕時間是 30秒。腐蝕完成后立即用清水進行洗滌，吹風機吹干，之后用無水乙醇清理試樣表面，吹風機吹

33、 干。在光學顯微鏡（如圖2. 9所示）下觀察微觀組織。試驗設備：dk7750型線切割機如圖2. 4所示，金相鑲嵌機如圖2. 5所示,金相光學顯微鏡如 圖2.6所示，體視顯微鏡如圖2.7所示。圖2. 4 dk7750型線切割機figure 2.4 dk7750 line cutting machine圖2. 5金相鑲嵌機f i gure 2.5 meta i i i c mosa ic mach i ne圖2. 6金相顯微鏡圖2. 7體式顯微鏡figure 2.6 metallographic microscope figure 2.7 stereomicroscop2.2.3顯微硬度試驗試驗方

34、法：硬度是材料重要的力學性能指標，代表材料抵抗外界壓力的能力強弱。金相試樣 觀察完微觀組織后就可做硬度試驗。硬度試驗要求試樣表血必須平整，否則測量的硬度數(shù)值不準 確。若表血污染嚴重，還需重新拋光腐蝕表面。使用hh-5型維氏硬度儀測量釬縫附近區(qū)域及兩 種母材的硬度值并記錄下來。測量方向為從42crmo鋼一側開始，經(jīng)過母材、擴散區(qū)、釬縫界面 區(qū)、釬縫中心區(qū)，再測量38mnvs6鋼一側的四個區(qū)域。測量點間隔距離為0.15mm,加載載荷lkg, 加載時間5so試驗設備：mh5維氏硬度儀，如圖2.8所示。圖2.8 mh-5維氏硬度儀figure 2.8 mh-5 vivtorinox hardness

35、tester2.2.4掃描電鏡試驗試驗方法：金相試驗所使用的的金相試樣就可用于掃描電鏡試驗。不同于光學顯微鏡，電子顯微鏡觀察的試樣景深更大、放人借數(shù)更大、圖像更有立體感，更便于觀察接頭各區(qū)域分布、組 織組成與相組成，觀察的結果也更清晰具體。用于掃描的試樣的拋光與腐蝕要求與金相試驗相同, 試樣高度不可超過lcim防止觀察時劃傷鏡頭。試驗設備：s3400-n型掃描電子顯微鏡，如圖2.9所示。圖2. 9 s3400-n型掃描電子顯微鏡figure 2.9 s3400-n seanning electron microscope2.2.5物相分析試驗試驗方法：在三組金相試樣屮選取一組性能及微觀組織良好

36、的試樣，使用x射線衍射儀做廣角xrd掃描試驗，采用激光打點的方式確定掃描區(qū)域，檢測并獲得試樣晶像特征衍射峰圖，通 過應用jade和origin軟件，對比查詢pdf卡片，判斷并確認試樣晶像的成分。試驗設備：xtert3powerx射線衍射儀，設備如圖2.10所示。圖2. 10 w pert3powerx射線衍射儀fig. 2. 10 x1 pert'powerx-ray diffractometer第三章42crmo/38mnvs6鋼高溫釬焊異種接頭組織及性能3. 1 42crmo/38mnvs6鋼高溫釬焊界種接頭組織42crmo/38mnvs6鋼因銀基釬料良好的潤濕性和毛細作用在釬縫間

37、流動而潤濕母材，填充接頭 的間隙，釬料和母材相互擴散，焊接完成后在爐中保溫lomin,冷卻后形成焊接接頭，從而實現(xiàn) 兩種鋼的連接。兩種母材與填充焊縫的鐮基釬料的化學成分均不相同，焊接后形成的焊接接頭的 組織也變得復雜。圖3. 1為42crmo/38mnvs6鋼在tl1400管式真空釬焊爐中采用bni82crsib釬 料，在1200°c高溫釬焊的條件下，得到的工件接頭表面形貌。莊圖可知接頭成形美觀，接頭為高 溫釬焊搭接接頭。焊接接頭由釬縫屮心區(qū)、擴散區(qū)、釬縫界面區(qū)、母材四部分組成°42cn1o/38血vs6 鋼高溫釬焊搭接焊接過程中，bni82crsib釬料與高溫下局部熔化的

38、42crmo/38mnvs6鋼母材相互 混合，然后經(jīng)潤濕后鋪展在下端母材表面上，經(jīng)冷卻后形成焊接接頭。圖3.1接頭表面形貌(t=1200°c)figure 3. 1 surface morphology of weld joint； (t = 1200°c)圖3.2為高溫釬焊焊縫區(qū)域的微觀組織。由圖可知高溫釬焊焊縫兩側附近區(qū)域存在大量的黑 色針狀馬氏體，這是由于42crmo/38mnvs6鋼在高溫釬焊過程中會大量向釬縫中心區(qū)擴散。在 1200°c高溫作用下，因兩側母材熔點比鎳基釬料高，故釬料會發(fā)生熔化，釬料中的活躍元素硼會 迅速向母材擴散，同時母材也會向釬料溶解，

39、造成靠近釬縫的母材含硼較多并向釬縫溶解，釬縫 屮硼含量會隨之提尚，冷卻凝固后釬縫處也會形成化合物相。釬縫中心區(qū)內的組織組成及形態(tài)與 周圍區(qū)域組織形成鮮明的對比。焊縫中的相由銀、鐵、鉆等元素組合而成。圖3. 2高溫釬焊焊縫區(qū)域的微觀組織。(t二1200°c )fig 3. 2 microstructure of the high temperature brazed weld area.圖3. 3 42crmo鋼一側的釬縫及附近的微觀組織(釬縫及上側區(qū)域)figure 3. 3 42crmo steel side of the brazing seam and the nearby m

40、icrostructure (brazingseam and the upper area)由圖(a)可知42crmo鋼由經(jīng)調質處理后的保持馬氏體位向的回火索氏體組成；圖(b)為鎳 基釬料向42crmo鋼擴散。因為鐮基釬料熔點小于42crmo鋼熔點，在高焊接溫度的影響下，焊接 過程中釬料會熔化為液態(tài)并向42ceo鋼一側流動擴散。圖中釬縫界面區(qū)下側有明顯的白色無規(guī) 則形狀的釬料向42crmo鋼擴散。圖(c)為42crmo鋼向釬縫屮心區(qū)擴散并與釬料結合，在圖屮 可看出明顯的分界線，分界線上側為釬縫界面區(qū)，分界線下側為擴散區(qū)。在這個區(qū)域會發(fā)生母材向釬縫溶解，故在此區(qū)域會看到存在人量針狀馬氏體，白色小

41、塊狀狀組織為殘留的鐵素體，這是 因為部分母材與釬料溶解并冷卻后形成的。圖3. 3 (a)母材fig 33(a) base material diagram圖3.3 (b)擴散區(qū)fig 3.3(b) diffusion zone圖3.3 (c)釬縫界面區(qū)fig 33(c) brazing interface area圖3. 3 38mnvs6鋼一側的釬縫及附近的微觀組織（釬縫及下側區(qū)域）figure 3. 3 38mnvs6 steel side of the brazing seam and the nearby microstructure （brazingseam and the uppe

42、r area）由圖（a）可38mnvs6鋼在1200°c高溫條件下已無明顯的珠光體和鐵素體組織形態(tài)，取而代 z的是黑色的冋火索氏體的生成并存在部分殘留的白色鐵素體相。圖（b）為線基釬料向38mnvs6 鋼擴散。和42crmo鋼相同原理，因為銀基釬料熔點小于38mnvs6鋼熔點，在高焊接溫度的影響 下，焊接過程中釬料會熔化為液態(tài)并向38mnvs6鋼一側流動擴散。圖中釬縫上側有明顯的白色無 規(guī)則形狀的釬料向38mnvs6鋼擴散，圖（c）為38mnvs6鋼向釬縫中心區(qū)擴散并與釬料結合。在 圖中也可看出明顯的因釬料沿著釬縫界面區(qū)與擴散區(qū)分界處流動而形成的分界線，這個分界線以 內是釬縫界而區(qū)。

43、分界線下側為擴散區(qū)，擴散區(qū)下側為38mnvs6鋼。在這個區(qū)域會發(fā)生母材向釬 縫屮心區(qū)擴散，故在此區(qū)域同42cn1o鋼一側的釬縫界而區(qū)一樣會看到存在少量黑色的針狀馬氏 體，白色小塊狀狀組織為殘留的鐵素體。圖3. 4 (a)母材圖3. 4 (b)擴散區(qū)fig (a) base material diagramfig (b) diffusion zone圖3.4 (c)釬縫界面區(qū)fig 3.3 (c) brazing interface area圖3. 5為42crmo鋼xrd掃描分析根據(jù)圖3. 5可分析出42crmo鋼中的主耍相組成為鐵、窯、鐵客化合物三種相，這與42crmo鋼的 化學成分含量相符

44、。同時鐵與銘的不同組成方式及含量的差異可組合成幾種不同類型的鐵洛化合 物相。圖3. 6為38mnvs6鋼xrd掃描分析圖3. 7為釬焊中心區(qū)xrd掃描分析根據(jù)圖3. 7可分析出釬縫中心區(qū)的主要相組成為碳、鐵鎳化合物、鐵珞化合物、謀銘鐵化合物四 種相，釬縫中心區(qū)內還存在著少量的銀硅化合物、洛硅化合物桂。這說明在焊接過程中母材及釬 料屮的主要相z間發(fā)生了反應生成了新化合物相。釬料因高溫熔化后會流動與擴散，同時母材也 會向釬縫溶解，故釬料小的銀會和母材中的鐵和銘結合，從而在釬縫中心區(qū)生成新的鐵銀和鐵傑 珞化合物相。圖3. 8為釬焊界面區(qū)xrd掃描分析根據(jù)圖3. 8可分析出釬縫界商區(qū)的主要相組成為鐵、鐵鐮化合物、鐮珞鐵化合物、鐵路化合物四 種相，界面區(qū)內同樣還存在著少量的鎳硅化合物相、鐳硅化合物相。形成原理與釬縫中心區(qū)相同, 母材和釬料會發(fā)生