中温Al-Si-Cu基钎料的研制及LY12感应钎焊的研究

论文摘要

LY12铝合金具有高的比强度,将其应用于飞机、汽车、船舶等结构中,可以减轻这些结构的重量,提高它们的综合性能,因而具有广阔的应用前景。但由于加工成形困难和自身熔点低等问题,硬铝合金的连接受到限制。如采用合理的焊接工艺,可以加工结构更复杂、尺寸更大的硬铝合金部件,进一步扩大LY12铝合金的应用范围。本文设计了用于钎焊硬铝合金LY12的低熔点钎料,为实现铝合金在更低的温度下连接提供基础。本文研制了一系列Al-Si-Cu-Ge系钎料,并通过坩埚熔炼和熔剂覆盖保护的熔炼工艺制备钎料合金,利用差热分析、光学金相显微分析、扫描电子显微镜及能谱分析、X射线衍射分析及荧光分析等手段,通过铺展和润湿试验、钎焊接头剪切强度试验等方法,分别对所研制钎料的熔化特征、微观组织、铺展和润湿性能、钎焊接头剪切性能进行了测定和分析。本文研究成果如下:1.与Al-9.6Si-20Cu钎料相比,添加Ge后钎料熔化温度大幅降低,熔化温度区间处在408486℃之间,钎焊温度为510℃。钎焊温度较低,有利于高强度低熔点铝合金的钎焊。利用感应钎焊的方法,在氩气保护下实现LY12铝合金的钎焊具有良好的效果。2.对铸态钎料组织进行分析发现:随着wt.（Ge）%的增加,钎料熔化温度下降明显,主要是出现Al-Si-Cu-Ge、Al-Si-Ge等低熔点共晶相。并且随着Ge元素的加入,钎料对母材的润湿性和铺展性能提高,润湿角最小为4.5°。但是钎料中存在大量Al2Cu（θ）金属间化合物和Si-Ge先析出相,Ge的加入使钎料中脆性相聚集,导致钎料脆性增加。3.钎料焊接性能良好,焊缝无明显缺陷。焊缝组织形貌与铸态钎料组织差别较小,主要由α-Al,Si-Ge先析出相以及Al2Cu（θ）组成。产生的脆性相对接头性能有不利的影响。所研制钎料中3#钎料钎焊所得搭接接头的剪切强度最高为93.7MPa,约为母材的40%。钎料钎焊接头的断裂位置在钎缝处,为明显的脆性断裂。4.对3#钎料进一步研究,调整其预留间隙为0.2mm,搭接面积为60mm2,焊后接头抗剪强度最高可达到99.7MPa。在3#钎料的基础上,又探索了添加Er后,钎料熔化温度、铺展性能、微观组织的变化,结果表明:钎料熔化温度变化不大;相对于3#钎料,7#钎料铺展性能有所提高,焊后接头强度也有所提高,主要是钎料中Si-Ge相减少,晶粒细化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 LY12 铝合金的介绍
• 1.2.1 LY12 铝合金的成分及性能
• 1.2.2 LY12 铝合金的特点及应用
• 1.3 铝合金焊接方法的研究进展
• 1.3.1 铝合金的焊接特性及焊接方法
• 1.3.2 LY12 铝合金的焊接方法
• 1.4 铝合金钎焊技术的发展
• 1.4.1 铝及其合金的钎焊性
• 1.4.2 LY12 铝合金钎焊的研究
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 铝合金钎焊材料研究及钎料制备
• 2.1 铝合金钎剂
• 2.1.1 钎剂组分的作用
• 2.1.2 氟化物基铝用硬钎剂
• 2.1.3 氯化物基铝用硬钎剂
• 2.2 钎料合金系选择
• 2.2.1 铜的合金化作用
• 2.2.2 锗的合金化作用
• 2.2.3 钎料的选取原则
• 2.3 铝合金钎料研究现状
• 2.3.1 国外研究现状
• 2.3.2 国内研究现状
• 2.4 钎料的合金熔炼
• 2.4.1 熔炼设备型号
• 2.4.2 实验原料的准备
• 2.4.3 熔炼步骤
• 2.4.4 钎料的重熔
• 2.4.5 钎料的荧光分析结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 试验用铝钎料性能评价
• 3.1 钎料熔化温度的测定
• 3.1.1 试验设备介绍
• 3.1.2 操作方法
• 3.1.3 试验结果及分析
• 3.2 钎料物相分析
• 3.2.1 显微组织分析
• 3.2.2 钎料的SEM 及XRD 分析
• 3.3 钎料铺展性能实验
• 3.3.1 钎料的铺展性实验
• 3.3.2 铺展试验设备及材料
• 3.3.3 铺展试验过程
• 3.3.4 钎料的润湿作用
• 3.3.5 铺展面积的计算
• 3.3.6 润湿角的计算
• 3.3.7 铺展试验结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 钎焊接头组织性能研究
• 4.1 钎焊方法及设备
• 4.1.1 感应钎焊的特点
• 4.1.2 试验设备
• 4.1.3 接头形式
• 4.2 钎焊过程
• 4.3 焊缝组织分析
• 4.3.1 感应钎焊后的钎焊件外观照片
• 4.3.2 焊缝显微组织及XRD 分析
• 4.3.3 钎焊接头剪切强度
• 4.4 3#钎料钎焊接头性能研究
• 4.4.1 焊缝组织分析
• 4.4.2 焊缝元素线扫描分析
• 4.4.3 焊缝显微硬度分析
• 4.4.4 接头断口形貌分析
• 4.5 不同钎焊工艺性对接头强度的影响
• 4.5.1 预留间隙对钎焊接头强度的影响
• 4.5.2 不同搭接面积对钎焊接头强度的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 添加稀土元素变质处理
• 5.1 添加稀土元素的作用
• 5.2 钎料变质处理后性能分析
• 5.2.1 钎料熔化温度的影响
• 5.2.2 钎料的显微组织
• 5.2.3 钎料铺展性能
• 5.2.4 钎焊接头抗剪强度
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢