镍钛形状记忆合金爆炸焊接技术的试验研究

论文摘要

Ni-Ti形状记忆合金是近些年发展起来的一种新型金属功能材料。采用传统的高温熔融焊接,常常改变焊接热影响区的组织结构和形状记忆功能。因此,寻求一种保持其组织和形状记忆功能基本不发生改变的焊接技术,显得更为重要和迫切。爆炸焊接技术具有不同于热熔焊接的机理,可在基本不改变金属组织和性能前提下实现金属间的冶金结合。本课题受北京昊煜工贸有限责任公司爆炸加工厂委托进行研究。采用爆炸焊接技术进行了Ni-Ti形状记忆合金的焊接试验研究。Ni-Ti合金属于低冲击韧性材料,解决Ni-Ti合金常温爆炸脆断问题是实现其爆炸焊接的关键。本文针对Ni-Ti合金常温爆炸焊接脆断问题主要做了如下研究工作:1.通过对Ni-Ti合金的机械性能测试和金相组织观察,对其爆炸脆断原因进行了分析探讨。2.制定合理的爆炸焊接工艺,并确定最佳的爆炸焊接试验参数。3.进行Ni-Ti形状记忆合金的爆炸焊接试验。4.进行Ni-Ti合金/黄铜板及Ni-Ti合金/不锈钢板的爆炸焊接试验。5.通过光学显微镜、透射电镜和FM-700半自动数字显微硬度仪分别对焊后的Ni-Ti合金焊合板的结合面微观组织及性能进行了检测和研究。同时,对Ni-Ti/不锈钢、Ni-Ti/黄铜板复合板结合面的金相组织进行了分析。研究结果表明,通过制定合理的爆炸焊接工艺、确定最佳的工艺参数,解决了Ni-Ti合金在常温条件下爆炸焊接时产生的爆炸脆断问题,成功实现Ni-Ti合金/Ni-Ti合金、Ni-Ti合金/黄铜板及Ni-Ti合金/不锈钢板的爆炸焊接。焊接结合面周期性波形、熔化层、扩散层等微观组织性能的分析结果表明,在复板和基板的基体组织性能仅在结合面发生微小变化前提下,实现爆炸焊接的冶金结合。此项研究成果,为Ni-Ti形状记忆合金的焊接技术提供了一种切实可行的新途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 形状记忆合金
• 1.2.1 形状记忆合金发展概况
• 1.2.2 形状记忆合金形变机制
• 1.3 NI-TI形状记忆合金
• 1.3.1 NI-TI形状记忆合金的主要性能及应用
• 1.3.2 NI-TI形状记忆合金焊接技术的国内外发展概况
• 1.3.3 NI-TI形状记忆合金断裂情况的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容及意义
• 第二章 爆炸焊接技术
• 2.1 爆炸焊接技术的理论研究概况及应用
• 2.2 爆炸焊接原理
• 2.2.1 爆炸焊接过程
• 2.2.2 爆炸焊接的流体力学机理
• 2.2.3 爆炸焊接特点
• 2.3 爆炸焊接对材料力学性能的要求
• 2.4 爆炸焊接工艺参数的选择
• 2.4.1 爆炸焊接参数之间的关系
• 2.4.2 爆炸焊接可焊性窗口
• 第三章 NI-TI 合金板爆炸焊接试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 试验材料
• 3.2.1 母材化学成分及加工工艺
• 3.2.2 母材金相显微组织
• 3.2.3 NI-TI合金的性能分析
• 3.3 爆炸焊接工艺设计
• 3.3.1 爆炸焊接工艺流程
• 3.3.2 爆炸焊接工艺参数
• 3.3.3 爆炸焊接的安装与起爆方法
• 3.4 试验方案
• 3.5 试验结果分析
• 3.5.1 焊接界面显微组织
• 3.5.2 焊接界面的扫描电镜分析
• 3.5.3 焊接前后母材金相组织的对比分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 NI-TI 合金与异种金属爆炸复合试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 NI-TI合金与异种金属爆炸焊接试验研究
• 4.2.1 试验材料的主要性能
• 4.2.2 试验工艺设计
• 4.2.3 试验方案与过程
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 焊接界面金相显微组织分析
• 4.3.2 爆炸复合板显微硬度的变化
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者简介