【正文】 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 (a) 980℃ 1min Cu/Ni箔作中間層 試樣線掃描圖 (b)980℃ 3min Cu/Ni箔作中間層 試樣線掃描圖 (c)980℃ Cu/Ni 箔作中間層 的試樣線掃描圖 圖 37 焊接接頭的線掃描圖 綜上所述， 結(jié)合 溫度的影響，選擇 Ni 箔做中間層時(shí) 980℃ 保溫 3min 較為合適。 C TiC 焊 縫 擴(kuò) 散 層 Ti D C B A 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 工藝參數(shù) 對(duì)擴(kuò)散層厚度的影響 表 33 擴(kuò)散層厚度對(duì)比表中，加熱溫度 980℃ 的試樣，其焊縫寬度高于 1000℃ 的試樣，而加熱溫度同樣是 980℃ ，保溫時(shí)間 的試樣層厚度高于 3min 和 1min的兩組試樣。 例如使用 Ni 箔做中間層時(shí)，圖 31 所示為 1000℃保溫 3min， Ni 箔中間層的試樣線掃描圖，借助線掃描圖可以清晰地看出材料中元素的移動(dòng)?？梢越档瓦B接溫度，減少擴(kuò)散連接時(shí)間。擴(kuò)散連接時(shí)，要求接頭成分均勻化的程度越高，連接時(shí)間就將以平方的速度增長(zhǎng)。 圖 23 試樣裝配 示意圖 把焊好的試樣用線切割機(jī)沿著 焊 縫的方向垂直對(duì)稱的切割，然后選擇其中比較好的一半，由于 切割后 試樣較小，不利于后面拋光加工以完成金相試驗(yàn)，故需將 選定后的 小試樣 用 鑲嵌 機(jī)進(jìn)行鑲嵌。 圖 21真空高頻感應(yīng)加熱爐 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 真空爐中釬焊的設(shè)備主要由真空釬焊爐和真空系統(tǒng)組成。另一類方法是直接釬焊法，特別是活性釬料釬焊法是目前應(yīng)用最多的方法。 總而言之，真空釬焊可以得到以下好處：可以經(jīng)濟(jì)的焊接復(fù)雜的和多零件組裝件；有兩好的應(yīng)力分布和熱傳導(dǎo)；用簡(jiǎn)單的方法可實(shí)現(xiàn)大面積或長(zhǎng)度的連接；能使鑄造材料和變形金屬連接；能使某些非金屬和金屬連接；能使異種金屬相互連接；能夠使大型組裝件在無(wú)應(yīng)力集中下焊接；能保持被連接金屬的冶金特征；能夠提高知道公差；能嚴(yán)格控制工藝過(guò)程。這些釬焊接頭塑性好，強(qiáng)度高，是理想的釬焊接頭組織。 在真空中，高于再結(jié)晶溫度時(shí)只施加不大的壓力，就足以使相接觸的焊件接合如果連接區(qū)域擴(kuò)散開，并具有體積特性時(shí)，則就獲得了連接的可靠性和強(qiáng)度 。由于異種材料連接的特殊性，常用方法有：熔釬焊、釬焊、擴(kuò)散釬焊、擴(kuò)散 焊、冷壓焊、摩擦焊等特種連接技術(shù)。鈦合金的友誼性能，使之在航空航天工業(yè)和軍事工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用 [9]。 （ 3） 氮的影響 在 700℃以上的高溫下，氮和鈦發(fā)生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（ riN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時(shí)所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴(yán)重，因 此，氮對(duì)提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強(qiáng)度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。例如 AuNi 共晶液相對(duì)石墨不潤(rùn)濕，但假如了 Ta 或Mo 所構(gòu)成的 AuNiTa 和 AuNiMo 三元合金則對(duì)石墨有良好潤(rùn)濕性 。 因此，是一種理想的密封材料。經(jīng)過(guò)特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導(dǎo)熱性好，滲透率低等特點(diǎn)， 就大量用于制作熱交換器，反應(yīng)槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過(guò)濾器、泵設(shè)備。石墨的熱穩(wěn)定性良好，膨脹系數(shù)小 （ 106/℃ ），高溫下能經(jīng)受溫度劇烈變化而不破壞，且其體積變化不大。在隔絕氧氣條件下，其熔點(diǎn)在 3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。 最終確定 石墨 /TC4 合金 的 接觸反應(yīng)焊接合適的 焊接工藝參數(shù) 為：當(dāng)中間層是 Ni箔時(shí)， 加熱溫度 980℃ ，保溫時(shí)間 3min；當(dāng)中間層是 Cu/Ni 箔時(shí)，加熱溫 度 980℃ ，保溫時(shí)間 。 TC4 alloy。層內(nèi)原子作六方環(huán)狀排列，碳原子為三配位，碳原子的外層構(gòu)型為 S2P2，雜化作 SP2。近年來(lái)，耐火材料工業(yè)中兩個(gè)重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內(nèi)襯中被廣泛應(yīng)用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應(yīng)用 。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。 總之， 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。 鈦合金的特性 鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到锨合金材料的重要性，相繼對(duì)其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。 TC4 這類合金在高溫是 α+β 型兩相組織，因而得名 為 α+β 型鈦合金。 因?yàn)槭娜埸c(diǎn)很高且在空氣中高溫下容易氧化，所以不宜采用熔化焊的方法，石墨焊接最常用的方法為擴(kuò)散焊、釬焊。它是液態(tài)釬料、固體金屬和釬焊氣氛三者之間相互作用的結(jié)果，液態(tài)釬料如果能 夠潤(rùn)濕基體金屬，則在毛細(xì)作用下填滿接頭間隙，形成釬焊接頭。當(dāng)間隙一定時(shí)，提高釬焊溫度或延長(zhǎng)釬焊保溫時(shí)間，增加硼、硅等形成化合物的元素就容易擴(kuò)散到基體金屬中，但由于結(jié)晶時(shí)間較短，就可減少或避免金屬間化合物的形成。真空釬焊時(shí)，為了獲得優(yōu)質(zhì)的釬縫，關(guān)鍵的條件是使液態(tài)釬料能夠充分地流入并致密地填滿全部釬焊間隙，并與母材基體金屬很好地進(jìn)行相互的物理化學(xué)作用，形成新合金，在冷凝結(jié)晶后，得到合乎要求的釬焊接頭。因此，對(duì)于線膨脹系數(shù)高的釬料，所釬焊的接頭一般不使用于承受大的熱沖擊負(fù)荷和溫度差的熱循環(huán)工作場(chǎng)合 [18]。 真空爐釬焊的主要優(yōu)點(diǎn)是釬焊質(zhì)量高。 本實(shí)驗(yàn)采用 超景深數(shù)碼 顯微鏡對(duì)每個(gè)試樣的典型組織進(jìn)行照相，包括宏觀金相和微觀金相，然后觀察金相照片并分析。在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中真空度保持在 Pa310?? 以下，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，真空室內(nèi)的真空度在常用試樣編號(hào) 工藝參數(shù)（溫度 ℃ ，保溫時(shí)間 min， 中間層 ） 1 1000℃ ， 3min， Ni 2 980℃ ， 3min， Ni 3 1000℃ ， 1min， Ni 4 980℃ ， 1min， Cu/Ni 5 980℃ ， 3min， Cu/Ni 6 980℃ ， ， Cu/Ni 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 的規(guī)范范圍內(nèi) (～ Pa310?? )，就足以保證連接表面達(dá)到一定的清潔度，從而確保實(shí)現(xiàn)可靠連接。物理化學(xué)性能與母材的差異比被連接材料之間的差異小。 真空釬 焊（即接觸反應(yīng)焊）焊接 焊接頭可粗略地劃分為擴(kuò)散區(qū)和中心區(qū) 兩 個(gè)部分 ： (1)擴(kuò)散區(qū)它主要由 母材 金屬組成 。 所以，當(dāng)保溫時(shí)間相同中間層是 Ni 箔時(shí)，加熱溫度為 980℃ 較為適合。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 致 謝 本文是在導(dǎo)師祁凱老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精、勇于創(chuàng)新的科研精神和敏銳的洞察力使我受益匪淺。一般來(lái)說(shuō)，保溫時(shí)間不是一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，應(yīng)該根據(jù)其他的參數(shù)綜合考慮。 （ a） （ b） 圖 35 980℃ 3min Cu/Ni 箔作中間層 的試樣組織分析圖 表 32 980℃ 3min Cu/Ni 箔作中間層 的試樣 接頭微區(qū)成分測(cè)試結(jié)果 編 號(hào) 元素原子百分比含量 % Al Ti Ni V Cu C A B C D 通過(guò)對(duì)照表 32 我們可知，與 Ti 元素相比， Cu 元素的擴(kuò)散速度明顯 較慢。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 本章對(duì)石墨 /TC4 合金 的真空 釬 焊進(jìn)行了研究，主要討論了 釬 焊 試樣 的組織結(jié)構(gòu)，并借助 二元 相圖等手段分析了焊 接 接頭的形成機(jī)理以及 真空 釬 焊 工藝參數(shù)對(duì)界面組織形態(tài)的影響，最終確定了真空 釬 焊石墨 /TC4 合金 合適的焊接工藝參數(shù) 。 可以抑制夾雜物的形成，促進(jìn)其破碎或分解。從大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，連接溫度大都在 ～ (母材熔化溫度 )范圍內(nèi)，最適合的溫度一般為 ? mT 。 掃描電子顯微鏡作為一種有效的顯微結(jié)構(gòu)分析工具，可以對(duì)各種材料進(jìn)行多掃描電鏡具有如下特點(diǎn) [12]： （ 1） 能直觀觀察大尺寸試 樣的原始表面； （ 2） 試樣在樣品室中可動(dòng)的自由度非常大； （ 3） 觀察試樣視場(chǎng)大； （ 4） 焦深大，圖象立體感強(qiáng)； （ 5） 放大倍數(shù)的可變范圍很寬，切不用經(jīng)常對(duì)焦； （ 6） 在觀察厚塊試樣中，它能得到的小的分辨率和最真實(shí)形貌； （ 7） 因電子照射而發(fā)生試樣的損傷和污染程度??； （ 8） 能進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察；它可以從試樣表面形貌獲得多方面資料。 本試驗(yàn)所要實(shí)現(xiàn)的是 石墨 和 TC4 合金 異種材料之間的連接。 因此，真空釬焊接頭的形成，包含三個(gè)相互有關(guān)的過(guò)程。 (5)可將零件熱處理工序在釬焊工藝過(guò)程中同時(shí)完成 。 基體金屬在液態(tài)釬料中溶解 如 果基體金屬和液態(tài)釬料是互溶的，在釬焊過(guò)程中，一部分基體金屬有可能溶解于釬料中。 使用真空 釬 焊的原因 真空釬焊是在真空氣氛中不用施加釬劑而連接零件的一種先進(jìn)的工藝方法，可以釬焊那些用一般方法難以連接的材料和結(jié)構(gòu)，而得到光潔的致密，其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭 [15]。由于其具有良好的綜合性能，在航空航天、空間技術(shù)、核江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 工業(yè)、微電子、汽車、石油化工等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng)、高塑、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。 （ 1） 氫的影響 氫是氣體雜質(zhì)中對(duì)鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。在純金屬中加入 Ti 等強(qiáng)碳化物元素能夠降低熔點(diǎn)改善潤(rùn)濕性。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石墨也開發(fā)了許多新用途 。 石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤(rùn)滑劑。若將石墨定向排列，加溫、加壓制成定向石墨，其順向?qū)щ娦约s為反向?qū)щ娦缘?000 倍，故可制成各種半導(dǎo)體材料和高溫導(dǎo)電材料。屬六方晶系，具完整的層狀解理。 江蘇科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 加中間層鈦合金與石墨接觸反應(yīng)焊工藝研究 系 部： 機(jī)械 與 材料 工程 專業(yè)名稱： 材料成型及控制工程 二零一二 年 六 月 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 加中間層鈦合金與石墨接觸反應(yīng)焊工藝研究 Study of contact reaction welding process between titanium and graphite with the interlayer of alloy江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 本 課題研究的是石墨 和 TC4 合金 的真空釬焊工藝，觀察并且分析了 釬焊溫度分別為 980℃、 1000℃在不同中間層及 不同的保溫時(shí)間下的焊縫區(qū)域的微觀組織和接頭區(qū)域成分 。每一網(wǎng)層間的距離為 人，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為 。 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，電導(dǎo)率約為一般非金屬的 100 倍，碳素鋼的 2 倍，鋁的 3~倍。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時(shí)，電解槽的陽(yáng)極也用石墨電極。在國(guó)防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導(dǎo)彈的鼻錐，宇宙航行設(shè)備的零件，隔熱材料和防射線材料 。 由于純金屬的熔點(diǎn)較高，對(duì)石墨的