1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法
母材選用1Cr18Ni9Ti，釬料的化學(xué)組成列于表1.
表1 試驗(yàn)用釬料的化學(xué)組成
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釬料類別
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化學(xué)成分(%)
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熔點(diǎn)T/℃
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Ni
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Cr
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B
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Si
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Fe
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P
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固相線
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液相線
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BNi1a
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余量
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14
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3.1
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4.5
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4.5
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—
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977
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1 097
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BNi2
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余量
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7
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3.1
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4.5
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3.0
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—
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971
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999
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BNi5
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余量
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19
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—
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10
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—
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—
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1 073
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1 135
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BNi7
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余量
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13
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—
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—
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—
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10
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888
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888
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試樣的表面用磨床磨光,利用釬縫兩端加入的不銹鋼墊片調(diào)節(jié)釬縫的寬度,并用氬弧焊定位。釬焊試驗(yàn)在熱壁真空爐中進(jìn)行，所用釬料為粉狀，直接放在試樣上進(jìn)行釬焊。釬焊時(shí)真空度優(yōu)于0.01 Pa.釬縫的相組成由金相分析和電子探針分析配合X射線衍射物相分析來確定。
2 釬縫組織及相組成分析
2.1 BNi1a釬料
用 BNi1a釬料對1Cr18Ni9Ti進(jìn)行釬焊。在縫寬為0.05 mm、釬焊溫度為1120 ℃、釬焊時(shí)間為10 min的條件下,釬縫組織是純固溶體，見圖1(a）.在BNi1a釬料中，硼是形成化合物相的主要元素，其含量為3.1%.硼在鎳中的固溶度很低，單一的固溶體組織說明釬縫中的大部分硼在釬焊過程中已擴(kuò)散到母材中去了。釬縫中的含硼量已降到硼在鎳中的極限固溶度以下。由圖1還可以看出，母材中近縫區(qū)是網(wǎng)狀組織，這種組織是由釬料中的硼沿母材晶界擴(kuò)散而產(chǎn)生的。母材中晶界的界面具有比較開闊的結(jié)構(gòu)，對原子運(yùn)動的阻力較小，而硼原子的半徑又相對較小，這樣,使得硼向母材的擴(kuò)散主要是沿晶界擴(kuò)散，并在晶界與其它元素形成化合物相。X射線衍射分析表明，近縫區(qū)的相組成是α－Fe，γ－Fe和Fe2B，即硼在晶界與鐵形成了Fe2B.釬縫與母材之間的相互擴(kuò)散作用使母材擴(kuò)散層的成分發(fā)生了變化，從而產(chǎn)生了α－Fe.由于晶界上存在Fe2B,使得母材中近縫區(qū)電解浸蝕后顯示出如圖1所示的網(wǎng)狀組織。圖1(b)給出縫寬為0.10 mm時(shí)用BNi1a釬料釬焊（1 120 ℃，10 min）的釬縫組織。該釬縫組織由兩部分組成：一部分是靠近母材與釬縫界面并與之平行的鎳固溶體組織；另一部分是位居中部的化合物相組織。該化合物相組織又有兩種組織特征：呈梅花狀的化合物相和呈塊狀的麻點(diǎn)化合物相。由于釬縫較寬，釬縫中的含硼量不能在釬焊時(shí)間內(nèi)通過擴(kuò)散降低到極限固溶度以下，因而在釬縫中產(chǎn)生硼的化合物相。從釬縫的組織特征可以看出，釬縫中硼的分布是不均勻的。在靠近母材與釬縫界面處，硼含量由于擴(kuò)散已降低到極限固溶度以下，呈現(xiàn)固溶體組織。在釬縫中部，擴(kuò)散路徑長，擴(kuò)散速度慢，焊后該處的含硼量仍然在極限固溶度以上，從而在釬縫中部形成化合物相。X射線衍射分析表明，其相組成為α-Ni,Ni5Si2,CrB和Fe4.5Ni18.5B6.在1 000 ℃經(jīng)1 h擴(kuò)散處理后，該釬縫中的塊狀麻點(diǎn)化合物相消失，只剩下梅花狀的化合物相，見圖1(c）.X射線衍射分析表明，梅花狀的化合物相是CrB.由此可知，塊狀麻點(diǎn)化合物的相組成是Ni5Si2和Fe4.5Ni18.5B6.在1 000 ℃延長擴(kuò)散處理時(shí)間至2 h，CrB相未消失。
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(a) (b) (c)
圖1 用BNi－1a釬料釬焊的釬縫組織
2.2 BNi2釬料
用BNi2釬料對1Cr18Ni9Ti進(jìn)行釬焊，當(dāng)縫寬為0.02 mm、釬焊溫度為1 050 ℃、釬焊10 min時(shí),釬縫組織是純固溶體。 當(dāng)縫寬為0.05 mm時(shí),釬縫中出現(xiàn)化合物相。X射線衍射分析表明，釬縫組織由α-Ni,Ni5Si2,Cr2B,Ni2B和Fe4.5Ni18.5B6組成。該釬縫焊后經(jīng)1 000 ℃擴(kuò)散處理1 h得到單一的固溶體組織。當(dāng)縫寬為0.10 mm時(shí)，焊后釬縫經(jīng)1 000 ℃擴(kuò)散處理8 h得到單一的固溶體組織。
采用釬焊溫度為1 120 ℃、釬焊時(shí)間為10 min的釬焊工藝，用BNi2釬料來釬焊1Cr18Ni9Ti，釬縫的組織特征隨寬度及焊后熱處理時(shí)間的變化規(guī)律與用BNi1a釬料釬焊的釬縫組織特征相同。值得注意的是，用1 050 ℃的溫度釬焊時(shí)，釬縫中沒有出現(xiàn)CrB化合物相，釬縫中的所有化合物相都能通過焊后擴(kuò)散處理消除掉。CrB化合物相是由于釬焊溫度高而產(chǎn)生的，且不易通過焊后擴(kuò)散處理來消除。
2.3 BNi5釬料
用BNi5釬料對1Cr18Ni9Ti進(jìn)行釬焊，當(dāng)縫寬為0.02 mm、釬焊溫度為1 175 ℃、釬焊時(shí)間為10 min時(shí),釬縫組織是純固溶體，見圖2(a）；當(dāng)縫寬為0.05 mm時(shí),釬縫中出現(xiàn)化合物相，見圖2(b）.BNi5釬料中形成化合物相的元素是硅。由于硅的原子半徑比硼的原子半徑大，其擴(kuò)散系數(shù)比硼小，盡管使用的釬焊溫度（1 175 ℃）比較高，也只有在縫寬很小時(shí)（0.02 mm）才能在焊后得到單一的固溶體組織。對于0.05 mm寬的釬縫，焊后釬縫中出現(xiàn)大量的化合物相，其相組成為α-Ni,Ni5Si2和Ni16Cr6Si7.在溫度為1 000 ℃擴(kuò)散處理8 h后，釬縫中的絕大部分化合物相被消除，但還有極少量的化合物相未能在本試驗(yàn)的釬焊工藝下消除，見圖2(c).
2.4 BNi7釬料
圖3是用BNi7釬料釬焊1Cr18Ni9Ti的釬縫組織,釬焊溫度為1 050 ℃,釬焊時(shí)間為10 min.釬焊試驗(yàn)表明，要使該釬縫組織成為單一的固溶體組織相當(dāng)困難。在縫寬為0.01 mm時(shí)，焊后釬縫中仍然有化合物相，見圖3(a）.圖3(b)是縫寬為0.05 mm的釬縫組織，X射線衍射測得其相組成為α-Ni,Ni2P和(Fe,Ni)3P.焊后經(jīng)1 000 ℃擴(kuò)散處理8 h后，釬縫中仍有較多的化合物相,見圖3(c）.
(a) (b) (c)
圖2 用BNi5釬料釬焊的釬縫組織
(a) (b) (c)
圖3 用BNi7釬料釬焊的釬縫組織
3 結(jié) 論
(1)在釬焊溫度為1 120 ℃ 、釬焊時(shí)間為10 min的釬焊規(guī)范下，用BNi1a釬料釬焊的釬縫組織在縫寬小于0.05 mm時(shí)為單一的鎳固溶體,縫寬大于0.05 mm時(shí)可能出現(xiàn)化合物相。其中CrB比較穩(wěn)定，在焊后的擴(kuò)散處理過程中難以消除。
(2)在1 050 ℃釬焊溫度下，用BNi2釬料釬焊1Cr18Ni9Ti，釬縫中沒有出現(xiàn)CrB化合物相，釬縫中的化合物相都能通過焊后擴(kuò)散處理消除掉。
(3)用BNi5釬料釬焊（1 175 ℃，10 min）1Cr18Ni9Ti，當(dāng)縫寬為0.02 mm時(shí),釬縫組織是純固溶體。當(dāng)縫寬為0.05 mm時(shí),釬縫出現(xiàn)大量化合物相。擴(kuò)散處理后，釬縫中的絕大部分化合物相被消除。
(4)用BNi7釬料釬焊(1 050 ℃,10 min)1Cr18Ni9Ti,難以使釬縫組織成為單一的固溶體組織。在縫寬為0.01 mm時(shí)，焊后釬縫中仍然有化合物相。
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