| 鈹與HR-1不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2)間的連接，具有強(qiáng)烈的應(yīng)用背景和現(xiàn)實(shí)意義。金屬鈹具有密度低、比強(qiáng)度和比熱高、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于核能、航空和航天等工業(yè)。
熔化焊、釬焊、擴(kuò)散焊及膠接等是可以實(shí)現(xiàn)其連接的方法。膠接存在本身強(qiáng)度低、易老化、不耐高溫等缺點(diǎn)，其工程應(yīng)用受到了很大限制。鈹?shù)娜刍赣捎跓嵊绊憛^(qū)對(duì)熱特別敏感及焊接裂紋等而存在很大困難。
因此本文主要研究了鈹與HR-1不銹鋼的擴(kuò)散焊和釬焊及其焊接界面特性，結(jié)果表明，這兩種焊接方法能實(shí)現(xiàn)二者有效連接。
一方面用擴(kuò)散焊和釬焊的方法連接鈹與HR-1不銹鋼，著重研究焊接區(qū)的成分、組織和性能，探索克服和減少脆性中間相形成，提高連接性能的工藝。另一方面利用有限元方法模擬了鈹與HR-1不銹鋼擴(kuò)散焊區(qū)的濃度分布，模擬結(jié)果對(duì)合理制定工藝具有指導(dǎo)意義。
本文對(duì)鈹與HR-1不銹鋼在不同的溫度、壓力、時(shí)間和采用不同過渡層材料擴(kuò)散焊后，分別采用成分、組織和性能分析手段，把焊接界面區(qū)特征作為主要研究對(duì)象，探討工藝方法和工藝參數(shù)對(duì)連接質(zhì)量的影響。本文采用的主要分析方法是用拉伸試驗(yàn)考核接頭結(jié)合強(qiáng)度；用掃描電鏡(SEM)觀察拉伸斷口的形貌；拋光后樣品，用顯微力學(xué)探針測(cè)試擴(kuò)散區(qū)的硬度和彈性模量，用俄歇譜儀(AES)分析擴(kuò)散區(qū)的成分，用X射線衍射(XRD)分析擴(kuò)散區(qū)的的中間相；蝕刻后的樣品用金相顯微鏡和掃描電鏡分析焊接區(qū)的組織。 在本文所研究的750～1050℃溫度范圍內(nèi)，Be與HR-1不銹鋼的擴(kuò)散都存在快速擴(kuò)散通道；鈹與HR-1不銹鋼擴(kuò)散焊時(shí)，原子首先在晶界聚集，生成中間相，再沿晶界或者中間相擴(kuò)散，最后是中間相種類的增加與長(zhǎng)大。800～950℃溫度間擴(kuò)散焊的Be/HR-1焊接區(qū)存在大量的脆性中間相；750℃和1050℃溫度下形成的中間相的種類和量相對(duì)較少，焊接區(qū)的性能也比較好。鈹與HR-1不銹鋼的擴(kuò)散焊和其他大多數(shù)材料的擴(kuò)散焊不一樣，它并不體現(xiàn)在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度愈高，材料塑性愈好，擴(kuò)散過程愈快，焊接強(qiáng)度也愈高的特點(diǎn)；也不體現(xiàn)在一定的溫度范圍內(nèi)，時(shí)間愈長(zhǎng)，焊接強(qiáng)度也愈高的特點(diǎn)；而表現(xiàn)為與溫度、時(shí)間、壓力等許多因素相關(guān)。 從鈹向HR-1不銹鋼過渡，生成的中間相有Be11Fe、Be5Fe、Be2Fe、Be12Cr、Be12Ni5、Be12Mo等，這些中間相在擴(kuò)散區(qū)的中心含量最高，離開一定距離后逐漸減少直到消失。 鉸/HR一1不銹鋼擴(kuò)散焊和釬焊及其界面特性研究 BeO在擴(kuò)散區(qū)的中心含量很高，這是因?yàn)锽e中不僅本身含有Beo，而且在擴(kuò)散焊原始 界面還存在一定的BeO。在超高真空下的研究表明，被及其與HR一1不銹鋼擴(kuò)散焊形成的 含被焊縫對(duì)殘余氣氛有很強(qiáng)的吸附能力，并伴隨著明顯的氧化。焊接區(qū)中的這些中間相 脆性很大，研磨后留下了不連續(xù)的空洞和微裂紋，導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度下降。相間體積變化還 會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致彈性模量躍變，造成應(yīng)力集中、應(yīng)力腐蝕和開裂。 降低被與HR一1不銹鋼焊接質(zhì)量的主要因素是鐵和不銹鋼合金元素在被晶界和結(jié)合 界面上的偏聚而形成脆性中間相�？刂茢U(kuò)散焊溫度、壓力和時(shí)間可降低元素偏聚，減少 脆性中間相的形成，提高連接強(qiáng)度。而加入金屬薄層作過渡層則是提高擴(kuò)散焊質(zhì)量的最 有效途徑。 本文選擇與被、HR一1不銹鋼相容性好的Ag、Al、cu、c側(cè)Ni、Ag/AI等材料，采用 磁控濺射離子鍍膜方法在被和HR~1不銹鋼表面鍍膜，既保證了待連接表面的清潔， 消除了因鉸表面氧化帶來的不利影響，又起到了降低焊接應(yīng)力的作用。結(jié)果表明， 在Ag、Al、Cu、C側(cè)Ni、Ag/AI等材料中，Ag是Be與HR一1不銹鋼擴(kuò)散焊很好的單一 過渡材料，C側(cè)Ni是很好的雙層過渡材料，采用這兩種中間層的焊接后的抗拉強(qiáng)度分別 達(dá)到64Mpa和49Mpa;cu，Al及AFAg可以作為被與HR~1不銹鋼擴(kuò)散焊的中間層材 料。 熱等靜壓擴(kuò)散焊和熱壓擴(kuò)散焊相比，在連接Be與HR一l不銹鋼時(shí)，熱等靜壓更 適宜于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的連接;在較高的溫度和壓力壓力條件下時(shí)，熱等靜壓擴(kuò)散焊時(shí)焊 接基材仍然只是產(chǎn)生表面屈服，而熱壓擴(kuò)散焊時(shí)焊接基材會(huì)產(chǎn)生整體塑性變形，從而可以導(dǎo)致擴(kuò)散顯著加快和工件尺寸改變，這是它們的主要區(qū)別。
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