Super-Ni-NiCr疊層復(fù)合材料TIG接頭區(qū)微觀結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分布研究.pdf

1、疊層復(fù)合材料是適應(yīng)當(dāng)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)對材料提出的特殊性能要求而發(fā)展起來的一種新型材料。Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料由于其獨(dú)特的高溫性能使其在航空、航天等高科技領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但由于其特殊的合金組分及疊層復(fù)合結(jié)構(gòu),焊接時(shí)焊縫成形難度大,并且接頭處易產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,導(dǎo)致焊接裂紋等。因此,焊接問題成為阻礙Super-Ni/NiCr疊層復(fù)合材料推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　 采用填絲鎢極氬弧焊(TIG)工藝對Super-Ni/N

2、iCr疊層復(fù)合材料與1Cr18Ni9Ti鋼的焊接進(jìn)行研究。并對接頭的微觀組織、元素分布、精細(xì)相結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力分布等進(jìn)行研究,建立焊接工藝參數(shù)-焊縫組織結(jié)構(gòu)-接頭區(qū)微觀裂紋-應(yīng)力分布的關(guān)系,揭示其內(nèi)在規(guī)律性。
　　 本文提出Super-Ni疊層復(fù)合材料接頭特征區(qū)劃分方案,包括:Ni復(fù)層與焊縫過渡區(qū)、Ni80Cr20基層與焊縫過渡區(qū)、焊縫中心區(qū)。Ni復(fù)層與焊縫過渡區(qū)包括Ni復(fù)層側(cè)熔合區(qū)及Ni復(fù)層熱影響區(qū)；Ni80Cr20基層與焊縫過渡

3、區(qū)包括Ni80Cr20基層熔合區(qū)及Ni80Cr20熱影響區(qū)；焊縫中心區(qū)包括柱狀晶區(qū)及等軸晶區(qū)。隨焊接熱輸入不同(3.3-4.6、5.0-11.0、12.6-13.8kJ/cm),焊縫中心等軸晶由細(xì)小變得粗大。小焊接熱輸入時(shí)能形成良好的焊接接頭,熱輸入高于11kJ/cm時(shí)焊縫成形變差。
　　 采用X射線衍射儀(XRD)、電子探針(EPMA)和透射電鏡(TEM)對Super-Ni疊層復(fù)合材料接頭區(qū)的微觀相結(jié)構(gòu)及元素分布進(jìn)行分析。結(jié)果

4、表明,Super-Ni疊層復(fù)合材料接頭區(qū)由γ-Fe、δ-Fe、γ-Ni(Cr,Fe)、γ-Ni和FeNi構(gòu)成。NiCr基層熔合區(qū)呈鋸齒狀,NiCr基層熔合區(qū)形成了寬約83μm的元素過渡區(qū),Fe元素從焊縫向母材擴(kuò)散,而Ni元素相反,從母材向焊縫中擴(kuò)散,Cr元素?zé)o明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象,Super-Ni復(fù)層熔合區(qū)的寬度約為30μm。疊層復(fù)合材料側(cè)形成了Ni含量40％的焊縫組織,Creq/Nieq<1.52,凝固模式為AF凝固模式,柱狀晶方向性明顯,

5、有熱裂紋傾向。
　　 衍射分析發(fā)現(xiàn)焊縫組織的內(nèi)應(yīng)力較大,Super-Ni疊層復(fù)合材料焊縫中以γ奧氏體相為主,少量δ鐵素體相分布于γ相晶界,并存在((1)11)γ//1(1)0)δ、[211]γ//[111]δ的位相關(guān)系。焊縫中形成了面心立方結(jié)構(gòu)的有序相Ni3Fe。Super-Ni疊層復(fù)合材料熔合區(qū)的丫奧氏體與n鐵素體相之間存在(1(1)0)α//((1)11)γ、[111]α//[211]γ的位相關(guān)系,熔合區(qū)存在γ-Fe相與γ-

6、Ni(Fe,Cr)相共存的形態(tài)。
　　 在組織結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,對Super-Ni疊層復(fù)合材料接頭的應(yīng)力分布進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)Super-Ni疊層復(fù)合材料側(cè)熔合區(qū)應(yīng)力集中嚴(yán)重,主要承受縱向拉應(yīng)力σx及和橫向拉應(yīng)力σy。NiCr基層與Ni復(fù)層界面為Super-Ni疊層復(fù)合材料焊接時(shí)的薄弱區(qū)域,Ni復(fù)層與NiCr基層界面的最大拉應(yīng)力為縱向應(yīng)力29.1MPa,橫向應(yīng)力40.1MPa,出現(xiàn)在母材熱影響區(qū)。沿焊接方向,Super-Ni疊層復(fù)合