Mo-Cu/GH4169填丝TIG焊接头组织性能及裂纹研究

摘要

Mo-Cu合金是一种由不能固溶的Mo和Cu机械混合组成的新型材料，具有强度高、导电导热性好以及线性膨胀系数低等优点，在电子封装、真空电触头、航空航天及军工等领域有着广泛的应用前景。但高温抗氧化能力不足使得其在高温下的应用受到限制。GH4169是应用较广泛的高温合金之一，若将Mo-Cu合金与GH4169高温合金连接构成复合构件，可以充分发挥Mo-Cu高导电导热、低线性膨胀系数以及GH4169耐腐蚀、抗氧化等优点，弥补Mo-Cu合金易高温氧化的不足。
　　本文以Cr25-Ni13不锈钢焊丝作为填充材料，采用填丝TIG方法焊接Mo-Cu合金与GH4169高温合金，获得成形良好的Mo-Cu/GH4169接头。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计等对接头的显微组织特征、显微硬度分布、元素扩散、物相组成以及裂纹形态等进行了研究。
　　试验结果表明，Mo-Cu侧热影响区及熔合区的显微硬度明显高于两侧的焊缝金属以及Mo-Cu合金母材，而且热输入越大时，Mo-Cu侧热影响区的显微硬度值越高。焊缝及GH4169侧接头的显微硬度分布整体上变化不大，GH4169侧热影响区及熔合区的显微硬度略低于母材以及焊缝金属。
　　焊缝由奥氏体与铁素体两相组成，其相组分及形态受元素含量及成分过冷等因素影响。焊缝中心区铁素体相呈岛状均匀分布于奥氏体等轴晶基体上;紧邻Mo-Cu侧熔合区的焊缝，铁素体含量明显多于焊缝中心，呈板条状，奥氏体呈条带状;紧邻GH4169侧熔合区的焊缝，铁素体含量少于焊缝中心，呈针状，奥氏体呈胞状;焊缝中心与紧邻两侧熔合区之间区域的焊缝，铁素体呈骨架状，奥氏体为胞状树枝晶。
　　GH4169侧热影响区中的γ晶粒发生了明显长大，晶界变得平直;GH4169侧熔合区为宽度约100μm，组织仍保留了γ基体晶粒，熔合区附近存在较多沿晶界及轧制线方向分布的短棒状组织。
　　由于Mo-Cu合金具有的骨架结构，焊接过程中，焊缝金属渗入到Mo-Cu合金骨架间隙中，并与骨架中的Mo发生反应，形成了组织特征明显异于焊缝及母材的Mo-Cu侧热影响区，主要组织为Mo基固溶体、(α-Fe)固熔体、以及μ相(Mo6Fe7)等Mo-Fe金属间化合物。由于Cu在焊接条件下很难与焊缝金属发生反应，因而Mo-Cu侧热影响区中原有的Cu相熔化后向着母材方向流动，并形成了Cu相聚集带。Mo-Cu侧熔合区为焊接熔池边缘Mo元素含量较高的焊缝金属凝固后的组织。靠近热影响区一侧组织为μ相(Mo6Fe7)平面晶，靠近焊缝一侧生成了(α-Fe)与Mo-Fe金属间化合物相间分布的混合组织。
　　Mo-Cu/GH4169填丝TIG焊接头在Mo-Cu侧热影响区及熔合区附近容易出现裂纹，主要是因为Mo-Fe金属间化合物相在此处形成。Mo-Fe金属间化合物相显微硬度明显高于焊缝及Mo-Cu合金母材，导致塑形下降，在焊接应力的作用下容易产生裂纹。而焊接热输入越大，在Mo-Cu侧热影响区及熔合区生成的μ相等Mo-Fe金属间化合物也越多，越容易产生裂纹。合理的预热可以降低冷却速度，减小焊接应力，从而有利于防止裂纹产生。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 Mo-Cu合金的性能及应用

1．2．1 Mo-Cu合金的制备

1．2．2 Mo-Cu合金的性能

1．2．3 Mo-Cu合金的应用

1．3 钼及钼合金的焊接

1．3．1 影响因素

1．3．2 常用焊接方法

1．3．3 存在的主要问题

1．4 GH4169高温合金的TIG焊

1．4．1 普通TIG

1．4．2 脉冲TIG

1．4．3 A-TIG

1．5 研究目的、意义及主要内容

第2章 试验材料及研究方法

2．1 试验材料

2．1．1 试验母材

2．2．2 填充材料

2．2 焊接工艺

2．3 研究方法

2．3．1 金相试样制备

2．3．2 金相腐蚀剂的选择

2．3．3 Mo-Cu／GH4169接头焊接裂纹分析

2．3．4 Mo-Cu／GH4169接头显微组织研究

2．3．5 Mo-Cu侧接头微观结构分析

2．4 本章小结

第3章 Mo-Cu／GH4169接头的裂纹形态

3．1 Mo-Cu／GH4169接头的裂纹特征

3．1．1 单面焊接头裂纹位置及形态

3．1．2 双面焊接头裂纹位置及形态

3．2 Mo-Cu／GH4169接头的显微硬度分布

3．2．1 Mo-Cu合金侧接头显微硬度分布

3．2．2 GH4169高温合金侧接头显微硬度分布

3．2．3 焊缝显微硬度分布

3．2．4 焊接热输入对Mo-Cu侧接头显微硬度分布的影响

3．3 裂纹启裂及扩展机理

3．4 本章小结

第4章 Mo-Cu／GH4169接头的组织特征

4．1 焊缝的组织特征

4．2 Mo-Cu侧热影响区及熔合区的组织特征

4．3 GH4169侧热影响区及熔合区的组织特征

4．4 接头组织对焊接裂纹的影响

4．5 本章小结

第5章 Mo-Cu侧接头的微观结构

5．1 Mo-Cu侧接头的成分分析

5．1．1 Mo-Cu侧热影响区

5．1．2 Mo-Cu侧熔合区

5．2 Mo-Cu侧接头的组织演变过程

5．3 Mo-Cu侧接头组织结构对显微硬度的影响

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢