【摘 要】
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锆合金具有优异的性能,其热中子吸收截面小被普遍用作核动力水冷反应堆的燃料包壳管等结构件。不锈钢是一种传统合金材料,广泛应用与汽车、机械制造、电子工业及生物化学领域,其具有耐腐蚀、耐高温、抗蠕变性能优秀、焊接性能好。研究二者之间的连接可以极大发挥锆合金在核电领域的应用。本文以纯Ag和Ag/Ti复合层作为中间层对304L不锈钢和Zr-4合金进行真空扩散焊接,探究工艺参数(加热温度、保温时间、压力)对焊
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锆合金具有优异的性能,其热中子吸收截面小被普遍用作核动力水冷反应堆的燃料包壳管等结构件。不锈钢是一种传统合金材料,广泛应用与汽车、机械制造、电子工业及生物化学领域,其具有耐腐蚀、耐高温、抗蠕变性能优秀、焊接性能好。研究二者之间的连接可以极大发挥锆合金在核电领域的应用。本文以纯Ag和Ag/Ti复合层作为中间层对304L不锈钢和Zr-4合金进行真空扩散焊接,探究工艺参数（加热温度、保温时间、压力）对焊接接头显微组织和力学性能影响,阐明其界面组成与连接机理。采用OM、SEM、EDS及X射线衍射分析对接头界面区域显微组织、元素分布、断口物相组成及形貌进行了观察与分析,并对接头进行了机械性能测试包括硬度测试和剪切性能测试。采用纯Ag作中间层当保温时间为15min时,304L不锈钢与Zr-4合金接头由304L/Ag/AgZr+Ag/AgZr+α-Zr/Zr-4组成。当保温时间为30min及以上时,Ag与Zr-4合金产生两个亚层,接头由304L/Ag/AgZr+Ag/AgZr+AgZr2+α-Zr/Zr-4组成,随着保温时间延长接头金属间化合物混合层逐渐变厚,接头最大剪切强度仅为37.75MPa。保温时间为15min时接头断裂面位于304L/Ag界面处,保温时间大于15min时接头断裂面位于Ag/Zr-4界面之间新生成的AgZr金属间化合物层。采用Ag/Ti复合中间层对304L不锈钢与Zr-4合金进行真空扩散焊接,通过调整工艺参数,发现当Ti未完全消耗时,接头由304L/Ag/Ag+TiAg/Ti/Ti（Zr）/Zr（Ti）/Zr-4组成。Ti完全消耗时,接头由304L/Ag/Ag+TiAg/Ag（Ti,Zr）2/Ti（Zr,Ag）/Ti（Zr）/Zr（Ti）/Zr-4组成。TiAg的生成并未使接头明显硬化,而且随着温度升高,Ag+TiAg混合层中TiAg相对含量逐渐降低,Ag/Ti界面反应层生长激活能为97.914KJ/mol。工艺参数的变化也并未改变304L/Ag/Ti/Zr-4接头剪切断裂面位置,均为于304L/Ag界面之间,加热温度为800℃时接头存在韧窝状和片层状解理台阶,断裂形式为韧性断裂与脆性断裂构成的混合型断裂。当加热温度为850、900℃时,断裂面呈现密集块状结构,且分布一定量的弥散相,断裂形式为沿晶界脆性断裂。最大抗剪切强度为165.70MPa。
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