低活化馬氏體鋼真空擴散焊接工藝研究.pdf

1、低活化馬氏體鋼因具有較高的熱導率、較低的輻照腫脹和熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良的熱物理性能，被普遍認為是未來聚變示范堆和聚變動力堆的首選結構材料。聚變堆包層模塊(TBM)的結構復雜、體積龐大、服役環(huán)境較為惡劣，各部件之間需要采用焊接等方法實現(xiàn)穩(wěn)固連接。
　　低活化馬氏體鋼中合金元素含量相對較高，對焊接技術要求較為苛刻，而傳統(tǒng)熔化焊過程中存在液-固相高溫熱循環(huán)及焊縫區(qū)域的非平衡凝固，通常會引起焊接接頭的組織及性能退化，成為結構的薄弱環(huán)節(jié)，從而影

2、響聚變堆的安全可靠運行。以擴散連接為代表的固態(tài)連接技術因其具有焊接溫度低于母材熔點、尺寸裝配精度高等優(yōu)點，有望取代傳統(tǒng)熔焊工藝并于聚變實驗堆包層模塊的制造領域發(fā)揮重要作用。
　　本文在不同焊接工藝條件（焊接溫度、焊接壓力及保溫時間）下對低活化馬氏體鋼進行真空擴散焊接試驗，通過對擴散焊接試樣進行光學顯微觀察(OM)、掃描電鏡觀察(SEM)、能譜測試(EDS)以及X射線衍射(XRD)觀測，分析焊縫區(qū)的相組成和組織形態(tài)、加熱及保溫過程中

3、金屬的組織演化規(guī)律等;通過對焊接件進行拉伸及沖擊試驗，比較熱處理前、后焊件力學性能差異，探究不同工藝參數(shù)對微觀組織和力學性能的影響規(guī)律，從而對低活化馬氏體鋼的擴散焊接進行工藝優(yōu)化。
　　試驗結果表明，低活化馬氏體鋼的原始母材顯微組織主要為板條馬氏體，在真空擴散焊接的加熱及保溫過程中，低活化馬氏體鋼會發(fā)生再結晶及奧氏體化現(xiàn)象。當焊接溫度較高或保溫時間較長時，均會促進奧氏體生長，而粗大的奧氏體晶粒會對擴散焊接接頭的力學性能帶來損害;保

4、溫時間結束焊接試樣冷卻至室溫后，焊縫區(qū)顯微組織為馬氏體、殘余奧氏體及數(shù)量較多尺寸較小的析出碳化物;而經過焊后熱處理后，殘余奧氏體組織基本消失不見。
　　在焊接溫度為950～1100℃范圍時，隨著焊接溫度的升高，焊件的拉伸強度隨之提高，在1050℃時達到最高值973MPa;當焊接溫度繼續(xù)升高到1100℃時，焊件的拉伸強度則有所下降。在保溫時間為90～180min范圍時，焊件的拉伸強度一直隨著保溫時間的延長而增加，但當保溫時間超過15

5、0min后，接頭的抗拉強度基本沒有增強，開始趨于平緩。在10～20MPa的焊接壓力下，焊接件的抗拉強度一直隨焊接壓力提升而穩(wěn)步提高。但限于低活化馬氏體鋼在高溫下的屈服強度，試驗時沒有繼續(xù)選用更高的焊接壓力進行擴散焊接。
　　提高焊接溫度可以通過激活更多原子進行無規(guī)則的擴散遷移提升擴散效果，從而一定程度上提高焊件的拉伸強度;但較高的焊接溫度同樣會促進奧氏體晶粒的吞并、長大，而粗大的奧氏體晶粒冷卻轉變后得到的粗晶粒組織會降低焊件的抗拉

6、強度。因此，當達到1050℃時，焊件的抗拉強度會隨著焊接溫度的升高而降低。同樣，保溫時間的延長為良好的擴散效果提供了必要的條件，但當保溫時間過長時，雖然活躍態(tài)原子擴散越充分，但由于粗大的奧氏體晶粒，其抗拉強度反而無明顯提升。而當焊接壓力越大時，焊接面的微觀凸起塑性變形程度越大，焊接面之間實際接觸面積便越大，從而使焊接面附近激活態(tài)原子獲得足夠的擴散通道通過無規(guī)則遷移及跨越界面進行固態(tài)自擴散，使得焊接面結合狀況更為優(yōu)良。焊件的沖擊韌性主要取