镍基高温合金蜂窝结构钎焊工艺及熔蚀行为研究

论文摘要

随着飞行器速度的进一步提高,对于飞行器表面蒙皮的高温性能提出了更高的要求。本文使用Ni-Cr-Si-B和Ni-Cr-Si镍基钎料在不同温度下钎焊Haynes 214合金试件,并比较了钎焊接头抗剪强度。随后又用这两种钎料分别在不同的条件下钎焊Haynes 214和Inconel 718镍基合金,制成蜂窝结构件。比较了不同钎焊温度、母材成分、以及不同钎料对蜂窝试件表面形态的影响。通过用光学、电子显微镜、X射线衍射分析了不同钎焊规范下的接头性能和蜂窝接头的显微组织结构。分析了影响钎焊蜂窝接头熔蚀的机理。试验结果表明用Ni-Cr-Si-B钎料钎焊接头力学性能要好于用Ni-Cr-Si钎料钎焊接头。用Ni-Cr-Si-B钎料钎焊接头随温度升高,抗剪强度先升高后略有下降。在微观下观察,钎缝组织随温度升高其接头均匀化程度越高,但是同时钎料对母材的熔蚀也加剧。Ni-Cr-Si-B钎料焊接接头导致熔蚀的元素为B,B元素主要通过晶界快速扩散进入母材晶粒,同时也有部分B元素通过晶内扩散进入母材,不过速度比较慢。B元素扩散进母材使得母材中析出第二相并在界面处形成新的新的低熔点共晶物质促进熔蚀。随着钎焊温度的提高,焊缝中固溶体区域变大,共晶组织和化合物区域变小,但是共晶组织有团聚、变大的趋势。Ni-Cr-Si钎料中钎料对母材的熔蚀在一定温度范围内很小,主要随焊接温度的升高,熔蚀略有增加。最后,用两种钎料配合焊接大型蜂窝实际件,并对接头进行了拉伸、压缩、弯曲、剪切力学性能测试,发现试验结果都能满足使用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 镍基高温合金介绍
• 1.3 蜂窝结构及其制造工艺
• 1.4 镍基高温合金连接概况
• 1.5 镍基母材钎焊连接技术发展概况
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第2章 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试验母材
• 2.1.2 钎料的选取
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 焊前准备
• 2.3.2 试件和蜂窝结构的钎焊试验
• 2.4 焊后分析方法
• 2.4.1 焊缝显微组织观察及分析
• 2.4.2 接头力学性能分析
• 第3章 钎焊工艺对接头性能及表面型态影响
• 3.1 搭接接头性能分析
• 3.1.1 焊接温度不同接头力学性能比较
• 3.1.2 钎料成分不同接头力学性能比较
• 3.2 蜂窝结构熔蚀及表面成型影响因素的研究
• 3.2.1 钎料成分对熔蚀及表面成型的影响
• 3.2.2 焊接温度不同对熔蚀及表面成型的影响
• 3.2.3 母材成分不同对表面成型的影响
• 3.3 本章小节
• 第4章 蜂窝夹层结构钎焊界面组织及熔蚀行为分析
• 4.1 接头界面组织分析
• 4.1.1 焊接温度对接头微观组织的影响
• 4.1.2 母材成分不同对熔蚀的影响
• 4.1.3 钎料成分不同对熔蚀的影响
• 4.2 Ni-Cr-Si-B钎料钎焊接头的组织分析
• 4.3 Ni-Cr-Si钎料钎焊接头的组织分析
• 4.4 Ni-Cr-Si-B钎焊Inconel 718 接头组织分析
• 4.5 本章小节
• 第5章 蜂窝结构件钎焊及力学性能分析
• 5.1 力学性能测试
• 5.1.1 金属蜂窝夹层结构的常温和高温拉伸性能实验
• 5.1.2 金属蜂窝夹层结构的压缩与剪切实验
• 5.1.3 蜂窝夹层结构弯曲性能实验
• 5.1.4 连接件的拉伸性能测试
• 5.2 实验件及实际结构件钎焊
• 5.2.1 实验件的钎焊
• 5.2.2 实际构件的钎焊
• 5.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢