BNi5镍基钎料真空钎焊316L不锈钢接头组织性能研究

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镍基钎料真空钎焊不锈钢接头因其优秀的力学性能、耐高温性能和耐腐蚀性能被广泛应用于汽车EGR系统、换热器、医疗器械等领域。真空钎焊技术具有装配精细,热输入均匀无热影响区,成本低、效率高等众多优点。钎料中加入Si、P等低熔点成分能够降低钎焊温度,并提高钎料的流动性,但降熔元素在钎缝中心会生成脆性化合物相,影响接头的整体性能,所以如何获得各方面性能满足服役要求的钎焊接头对于实际生产变得尤为重要。本研究采用BNi5钎料,母材为316L不锈钢,钎焊温度1175℃,采用30μm和100μm两种间隙大小,保温时间分别为10 min,20 min和30 min。利用光镜、扫描电镜及能谱仪观察接头组织并进行成分分析;显微硬度仪和万能拉伸试验机获得接头硬度分布和剪切强度;利用动电位极化曲线评定接头的电偶腐蚀性能,双环动电位再活化法和草酸电解侵蚀法评定晶间腐蚀敏感性。通过扫描电镜的背散射镜头观察,接头组织明显地划分为四个区域:母材(BM)、扩散影响区(DAZ)、界面反应等温凝固区(ISZ)和非等温凝固区(ASZ)。结合Thermo-Calc软件计算可知,ISZ由Fe-Cr-Ni固溶体和Laves相组成,ASZ中包含着共晶组织和脆性的Ni3Si和Ni5Si2。当间隙变小,保温时间变长时,钎缝中ASZ区变窄,ISZ区变宽。由显微硬度仪测得的硬度值可得,中心位置的共晶组织和硅化物的硬度较高,固溶体相硬度低,硬度分布呈现两侧低中间高的特点。脆性化合物相在剪切力的作用下容易形成微孔,导致接头开裂,因为共晶组织较脆,裂纹沿共晶组织扩展,断口呈现河流状解理花样。在间隙30μm、保温时间30min的接头中共晶组织不连续,裂纹扩展到连续固溶体相时表现出韧窝的塑性断裂特征。分析六组钎焊接头的动电位极化曲线可以得出,钎焊工艺对接头的腐蚀电位影响不大,对腐蚀速度影响较大。共晶组织和脆性化合物能加速接头腐蚀速度,而镍基固溶体抗腐蚀性能接近于母材,并且Fe、Cr元素的加入有利于形成钝化膜。晶间腐蚀实验的结果显示,母材在经历热循环之后对晶间腐蚀仍不敏感。共晶组织中的连续脆性化合物在草酸侵蚀时被腐蚀,表现出腐蚀沟,但对晶间腐蚀不敏感。保温30min的100μm间隙接头等温凝固区的固溶体相表现出一定的晶间腐蚀敏感性,是因为连续的化合物弥散在晶间,但没有被完全溶解。
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