真空釬焊不銹鋼接頭的釬縫組織和相組成特征

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1、試驗材料和試驗方法

  母材選用1Cr18Ni9Ti,釬料的化學組成列于表1.

  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節釬縫的寬度,并用氬弧焊定位。釬焊試驗在熱壁真空爐中進行,所用釬料為粉狀,直接放在試樣上進行釬焊。釬焊時真空度優于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進行釬焊。在縫寬為0.05mm、釬焊溫度為1120℃、釬焊時間為10min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,母材中近縫區是網狀組織,這種組織是由釬料中的硼沿母材晶界擴散而產生的。

  母材中晶界的界面具有比較開闊的結構,對原子運動的阻力較小,而硼原子的半徑又相對較小,這樣,使得硼向母材的擴散主要是沿晶界擴散,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散作用使母材擴散層的成分發生了變化,從而產生了α-Fe.由于晶界上存在Fe2B, 使得母材中近縫區電解浸蝕后顯示出如圖1所示的網狀組織。圖1(b)給出縫寬為0.10mm時用BNi1a釬料釬焊(1120℃,10min)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化合物相。由于釬縫較寬,釬縫中的含硼量不能在釬焊時間內通過擴散降低到極限固溶度以下,因而在釬縫中產生硼的化合物相。

  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,硼含量由于擴散已降低到極限固溶度以下,呈現固溶體組織。在釬縫中部,擴散路徑長,擴散速度慢,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1000 ℃經1 h擴散處理后,該釬縫中的塊狀麻點化合物相消失,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,塊狀麻點化合物的相組成是Ni5Si2和Fe4.5Ni18.5B6.在1000 ℃延長擴散處理時間至2 h,CrB相未消失。

用BNi-1a釬料釬焊的釬縫組織

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進行釬焊,當縫寬為0.02mm、釬焊溫度為1050℃、釬焊10min時,釬縫組織是純固溶體。 當縫寬為0.05mm時,釬縫中出現化合物相。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1000 ℃擴散處理1 h得到單一的固溶體組織。當縫寬為0.10 mm時,焊后釬縫經1000℃擴散處理8 h得到單一的固溶體組織。

  采用釬焊溫度為1120℃、釬焊時間為10min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間的變化規律與用BNi1a釬料釬焊的釬縫組織特征相同。值得注意的是,用1050 ℃的溫度釬焊時,釬縫中沒有出現CrB化合物相,釬縫中的所有化合物相都能通過焊后擴散處理消除掉。CrB化合物相是由于釬焊溫度高而產生的,且不易通過焊后擴散處理來消除。