本文關(guān)鍵詞：高熵合金與鋁、銅及不銹鋼異種材料擴散焊研究

  更多相關(guān)文章： CoCrFeMnNi高熵合金 異種金屬連接 擴散焊 界面行為 微觀組織 力學(xué)性能

【摘要】：由于單相FCC結(jié)構(gòu)的CoCrFeMnNi高熵合金對常見的有色金屬材料(Al、Cu、Mg、Ti等)有比較大的固溶度,即有色金屬溶于CoCrFeMnNi高熵合金的量在一定范圍內(nèi)變化時,并不會引起高熵合金晶體結(jié)構(gòu)的變化,再加上其擴散系數(shù)小等特點,高熵合金有作為異種金屬連接中擴散阻擋層的可能性。針對異種金屬連接中由于物理化學(xué)性能差異過大易產(chǎn)生裂紋、界面易生成金屬間化合物導(dǎo)致接頭脆化等問題,本文運用真空擴散焊技術(shù)分別研究了Co Cr FeMnNi高熵合金與Al、Cu、304不銹鋼的連接,利用掃描電鏡、EDS能譜分析、顯微硬度測試和拉伸試驗機研究了擴散焊溫度對原子界面行為和接頭機械性能的影響規(guī)律,探索高熵合金直接應(yīng)用于焊接領(lǐng)域或作為異種金屬連接的中間層材料的可行性。在540-600℃溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與鋁的連接,接頭抗拉強度隨著溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,570℃達(dá)到其最高值105Mpa,最大應(yīng)變約為1.8%。經(jīng)XRD、EDS分析結(jié)合界面硬度研究發(fā)現(xiàn),界面上形成了Al79.5(CrMnFe Co Ni)20.5型脆性金屬間化合物,且隨著溫度的升高,界面上的化合物由島狀逐漸長大接觸形成層狀的化合物,隨著溫度的升高化合物層的厚度逐漸增厚。570℃化合物層的厚度為0.91um,化合物層致密且無缺陷。當(dāng)溫度達(dá)到585℃化合物層厚度增加到2.3um時有裂縫出現(xiàn),溫度繼續(xù)升高裂縫趨勢進(jìn)一步加劇。拉伸試驗后斷裂均發(fā)生在擴散層上,540℃時斷口為韌性斷裂模式,555℃時斷口上開始出現(xiàn)脆斷模式,直到585℃脆斷為主要斷裂模式。可見,化合物層的厚度較薄的時候?qū)宇^強度影響較小,厚度較厚的時候由于自身的脆性在外加載荷的過程中會出現(xiàn)裂縫,導(dǎo)致接頭的強度急劇下降。在750-850℃溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與銅的良好連接,結(jié)合菲克擴散第二定律計算和分析了Cu原子在高熵合金中的擴散系數(shù)。結(jié)果表明:Cu在高熵合金一側(cè)的擴散速率大于高熵合金組元在Cu側(cè)的擴散,隨溫度增加,高熵合金組元向Cu側(cè)擴散時其在擴散區(qū)內(nèi)濃度分布降低的程度按MnCrFeCoNi的順序依次減小。理論計算表明,Cu在高熵合金中的平均擴散系數(shù)明顯小于銅在不銹鋼中的平均擴散系數(shù)。經(jīng)擴散反應(yīng)后,Cu/高熵合金界面附近均可形成FCC型固溶體組織的反應(yīng)層,無金屬間化合物產(chǎn)生。所有擴散連接接頭拉伸后其斷裂均發(fā)生在遠(yuǎn)離界面的銅側(cè),隨擴散焊溫度升高,其抗拉強度和應(yīng)變有所降低,其中750℃時銅的抗拉強度與應(yīng)變分別達(dá)到最大值224MPa和33%。在900℃-1000℃溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與304不銹鋼的穩(wěn)固連接。研究表明,溫度較低時,界面上存在大量的孔洞,隨著溫度的升高,孔洞逐漸消失。結(jié)合EDS能譜分析以及硬度測試結(jié)果得知,反應(yīng)層成分為FCC固溶體,沒有金屬間化合物產(chǎn)生。所有接頭拉伸后斷裂均發(fā)生在遠(yuǎn)離界面的高熵合金一側(cè),隨著擴散焊溫度的升高,抗拉強度略微升高,應(yīng)變明顯增大,可能與第二相的數(shù)量有關(guān),1000℃時接頭的抗拉強度和應(yīng)變均達(dá)到了最大值,分別為585MPa和50%。
【關(guān)鍵詞】：CoCrFeMnNi高熵合金 異種金屬連接 擴散焊 界面行為 微觀組織 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 鋼/鋁焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 鋼/銅焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 異種鋼焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 高熵合金研究和應(yīng)用現(xiàn)狀16-18
• 1.5.1 高熵合金的組織和性能特點17
• 1.5.2 高熵合金作為擴散焊中間層或焊接材料的依據(jù)和可行性17-18
• 1.6 本課題研究內(nèi)容及意義18-20
• 第2章 實驗材料及方法20-25
• 2.1 實驗材料20-21
• 2.1.1 實驗材料的成分及CoCrFeMnNi高熵合金的制備20
• 2.1.2 實驗材料的焊前處理20-21
• 2.2 實驗方法21-25
• 2.2.1 真空擴散焊設(shè)備21
• 2.2.2 真空擴散焊工藝參數(shù)21-24
• 2.2.3 接頭微觀組織與斷口形貌觀察24
• 2.2.4 擴散焊接頭性能評價24-25
• 第3章 CoCrFeMnNi高熵合金/鋁的擴散連接25-41
• 3.1 前期工藝探索——“錐孔配合”模擬真空擴散焊實驗25-30
• 3.1.1 擴散偶界面微觀組織形貌特征26-29
• 3.1.2 擴散偶界面硬度分布29-30
• 3.1.3“錐孔配合”模擬真空擴散焊實驗總結(jié)30
• 3.2 前期工藝探索——“模具法”模擬真空擴散焊實驗30-33
• 3.2.1 模擬擴散焊界面微觀形貌特征31-32
• 3.2.2 模擬擴散焊接頭的斷口形貌32-33
• 3.3 CoCrFeMnNi高熵合金/鋁擴散焊研究33-40
• 3.3.1 接頭擴散層的形成及微觀組織形貌特征33-36
• 3.3.2 擴散焊接頭的力學(xué)性能研究36-38
• 3.3.3 拉伸斷口分析及斷裂原因38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 CoCrFeMnNi高熵合金/銅的擴散連接41-50
• 4.1 CoCrFeMnNi高熵合金/銅擴散焊微觀組織研究41-46
• 4.1.1 Cu/HEA擴散連接接頭界面的成分分布及微觀組織特征41-46
• 4.1.2 溫度對反應(yīng)層厚度的影響規(guī)律46
• 4.2 CoCrFeMnNi高熵合金/銅擴散焊接頭的力學(xué)性能研究46-48
• 4.2.1 溫度對擴散焊接頭抗拉強度的影響規(guī)律46-47
• 4.2.2 接頭拉伸斷口分析47-48
• 4.3 304不銹鋼/銅在相同條件下的對照實驗48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 CoCrFeMnNi高熵合金/不銹鋼的擴散連接50-58
• 5.1 CoCrFeMnNi高熵合金/鋼擴散焊微觀組織研究50-53
• 5.1.1 304/HEA擴散連接接頭界面的成分分布及微觀組織特征50-52
• 5.1.2 溫度對擴散區(qū)厚度的影響規(guī)律52-53
• 5.2 CoCrFeMnNi高熵合金/鋼擴散焊接頭的力學(xué)性能研究53-56
• 5.2.1 擴散焊接頭界面處顯微硬度的分布53-54
• 5.2.2 溫度對擴散焊接頭抗拉強度的影響規(guī)律54-55
• 5.2.3 接頭拉伸斷口分析55-56
• 5.3 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 致謝63-64
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄64

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