本文關(guān)鍵詞：高熵合金與鋁、銅及不銹鋼異種材料擴(kuò)散焊研究

  更多相關(guān)文章： CoCrFeMnNi高熵合金 異種金屬連接 擴(kuò)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(duì)常見(jiàn)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(shí),并不會(huì)引起高熵合金晶體結(jié)構(gòu)的變化,再加上其擴(kuò)散系數(shù)小等特點(diǎn),高熵合金有作為異種金屬連接中擴(kuò)散阻擋層的可能性。針對(duì)異種金屬連接中由于物理化學(xué)性能差異過(guò)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(wèn)題,本文運(yùn)用真空擴(kuò)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(cè)試和拉伸試驗(yàn)機(jī)研究了擴(kuò)散焊溫度對(duì)原子界面行為和接頭機(jī)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(shí)現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與鋁的連接,接頭抗拉強(qiáng)度隨著溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),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(zhǎng)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(wú)缺陷。當(dāng)溫度達(dá)到585℃化合物層厚度增加到2.3um時(shí)有裂縫出現(xiàn),溫度繼續(xù)升高裂縫趨勢(shì)進(jìn)一步加劇。拉伸試驗(yàn)后斷裂均發(fā)生在擴(kuò)散層上,540℃時(shí)斷口為韌性斷裂模式,555℃時(shí)斷口上開(kāi)始出現(xiàn)脆斷模式,直到585℃脆斷為主要斷裂模式。可見(jiàn),化合物層的厚度較薄的時(shí)候?qū)宇^強(qiáng)度影響較小,厚度較厚的時(shí)候由于自身的脆性在外加載荷的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂縫,導(dǎo)致接頭的強(qiáng)度急劇下降。在750-850℃溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了CoCrFeMnNi高熵合金與銅的良好連接,結(jié)合菲克擴(kuò)散第二定律計(jì)算和分析了Cu原子在高熵合金中的擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果表明:Cu在高熵合金一側(cè)的擴(kuò)散速率大于高熵合金組元在Cu側(cè)的擴(kuò)散,隨溫度增加,高熵合金組元向Cu側(cè)擴(kuò)散時(shí)其在擴(kuò)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(jì)算表明,Cu在高熵合金中的平均擴(kuò)散系數(shù)明顯小于銅在不銹鋼中的平均擴(kuò)散系數(shù)。經(jīng)擴(kuò)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(wú)金屬間化合物產(chǎn)生。所有擴(kuò)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(kuò)散焊溫度升高,其抗拉強(qiáng)度和應(yīng)變有所降低,其中750℃時(shí)銅的抗拉強(qiáng)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(shí)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(shí),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(cè)試結(jié)果得知,反應(yīng)層成分為FCC固溶體,沒(méi)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(kuò)散焊溫度的升高,抗拉強(qiáng)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(shí)接頭的抗拉強(qiáng)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(kuò)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(diǎn)17
• 1.5.2 高熵合金作為擴(kuò)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?jī)?nèi)容及意義18-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及方法20-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料20-21
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料的成分及CoCrFeMnNi高熵合金的制備20
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)材料的焊前處理20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法21-25
• 2.2.1 真空擴(kuò)散焊設(shè)備21
• 2.2.2 真空擴(kuò)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(kuò)散焊接頭性能評(píng)價(jià)24-25
• 第3章 CoCrFeMnNi高熵合金/鋁的擴(kuò)散連接25-41
• 3.1 前期工藝探索——“錐孔配合”模擬真空擴(kuò)散焊實(shí)驗(yàn)25-30
• 3.1.1 擴(kuò)散偶界面微觀組織形貌特征26-29
• 3.1.2 擴(kuò)散偶界面硬度分布29-30
• 3.1.3“錐孔配合”模擬真空擴(kuò)散焊實(shí)驗(yàn)總結(jié)30
• 3.2 前期工藝探索——“模具法”模擬真空擴(kuò)散焊實(shí)驗(yàn)30-33
• 3.2.1 模擬擴(kuò)散焊界面微觀形貌特征31-32
• 3.2.2 模擬擴(kuò)散焊接頭的斷口形貌32-33
• 3.3 CoCrFeMnNi高熵合金/鋁擴(kuò)散焊研究33-40
• 3.3.1 接頭擴(kuò)散層的形成及微觀組織形貌特征33-36
• 3.3.2 擴(kuò)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(kuò)散連接41-50
• 4.1 CoCrFeMnNi高熵合金/銅擴(kuò)散焊微觀組織研究41-46
• 4.1.1 Cu/HEA擴(kuò)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(duì)反應(yīng)層厚度的影響規(guī)律46
• 4.2 CoCrFeMnNi高熵合金/銅擴(kuò)散焊接頭的力學(xué)性能研究46-48
• 4.2.1 溫度對(duì)擴(kuò)散焊接頭抗拉強(qiáng)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(duì)照實(shí)驗(yàn)48-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 CoCrFeMnNi高熵合金/不銹鋼的擴(kuò)散連接50-58
• 5.1 CoCrFeMnNi高熵合金/鋼擴(kuò)散焊微觀組織研究50-53
• 5.1.1 304/HEA擴(kuò)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(duì)擴(kuò)散區(qū)厚度的影響規(guī)律52-53
• 5.2 CoCrFeMnNi高熵合金/鋼擴(kuò)散焊接頭的力學(xué)性能研究53-56
• 5.2.1 擴(kuò)散焊接頭界面處顯微硬度的分布53-54
• 5.2.2 溫度對(duì)擴(kuò)散焊接頭抗拉強(qiáng)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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