随着新材料、新设备的不断涌现,异种金属复合而成的零部件在机械工程领域中的应用越来越广泛,焊接是异种金属材料复合连接的主要手段。异种材料焊接零件不仅能充分利用不同材料的优异性能,而且能节约成本,提高经济效益,因此,对提高异种材料焊接接头性能的研究成为当前热点。奥氏体不锈钢具有强度高、韧性好、耐腐蚀和抗疲劳等优异的性能,在水电、石油化工、交通运输和食品等行业中有着广泛的应用。近年来,核电、风电等新能源行业飞速发展,奥氏体不锈钢越来越多地应用在核电、风电设备的结构设计当中。随着奥氏体不锈钢应用范围的扩大,奥氏体不锈钢与低碳钢异种材料焊接的场合也越来越多,对接头质量的要求也越来越高。传统的熔化焊和钎焊工艺已经无法满足新能源装备对奥氏体不锈钢/低碳钢焊接结构的质量要求。真空扩散焊接技术起源于美国,美国波音公司生产的F系列战斗机上大量应用了异种材料复合的零部件,其中涡轮发动机的超合金涡轮叶片与叶盘的连接即采用了真空扩散焊接结构,寿命达到9600小时,该项技术被列为绝密制造技术。真空扩散焊接技术的特点是在真空环境下,将焊件紧密贴合,在一定温度和压力下保持一段时间,使接触面之间的原子相互扩散形成连接的焊接方法,这种焊接方法连接面积大、结合强度高。为扩大奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料焊接结构的应用和提高奥氏体不锈钢/低碳钢焊接接头质量,本文提出了一种关于奥氏体不锈钢和低碳钢异种材料焊接的新工艺方法,即固相真空扩散焊接技术。经过理论研究和工艺性实验,获得了高强度、高韧性和高抗疲劳性能的奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料焊接接头,并对奥氏体不锈钢/低碳钢扩散焊接头中微观组织结构、元素扩散分布规律、化合物的生长行为及其对接头性能的影响进行了深入研究,论文工作及成果将为奥氏体不锈钢和低碳钢异种材料焊接结构在工程领域的推广应用以及奥氏体不锈钢与其它钢种之间的异种钢扩散焊接提供理论和实践依据。通过对工艺参数的研究,构建了奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料扩散焊接工艺规范的框架。扩散焊工艺参数研究表明:焊接温度和焊接时间是影响奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料扩散焊接头组织和性能的主要参数。焊接温度T≤800℃,焊接时间低于60min时形成的接头界面强度低、韧性差,这主要是由于界面上的碳化物（Cr23C6）偏析引起的。当焊接温度达到850℃时碳化物开始分解,当焊接温度T≥900℃时界面附近会生成二次碳化物（Cr23C6）和金属间化合物（FeCr）的偏析相,导致界面的韧性下降。研究证明850℃温度区间是奥氏体不锈钢/低碳钢异种材料固相扩散焊的最佳焊接温度区间。扩散接头抗拉强度可达到441MPa,室温冲击韧性达到138.8J/cm2,疲劳强度达到178.2MPa,接头的各项力学性能指标超越低碳钢母材。通过对微观组织的研究,揭示了奥氏体不锈钢/低碳钢扩真空扩散焊接机理。真空扩散焊接头微观组织研究表明:扩散焊接使奥氏体不锈钢/低碳钢扩散界面两侧相邻两个不同组织结构晶粒的晶界相互连结,即界面两侧的面心立方晶粒和体心立方晶粒通过晶界连结,形成了跨越界面的包含了两种不同组织的同一晶粒。正是这样的组织特征保证了界面的连接强度。扩散焊界面的化合物主要有碳化物Cr23C6和金属间化合物FeCr。碳化物Cr23C6析出相的尺寸和大小对扩散接头的性能有很大影响。尺寸低于200nm的Cr23C6颗粒弥散分布时有利于提高扩散焊接头的强度和韧性。相反的,如果Cr23C6颗粒尺寸大于200nm,碳化物将会成为裂纹源,降低扩散焊接头力学性能。金属间化合物FeCr主要出现在扩散焊界面上,FeCr硬度高、脆性大,对扩散焊接头强度有不利影响。碳化物和金属间化合物中都含有丰富的Cr,会导致不锈钢母材的局部区域贫Cr,从而降低了扩散焊界面附近不锈钢母材的抗腐蚀能力,碳化物和金属间化合物数量越多对不锈钢抗腐蚀性能影响越严重。通过对异种材料结合界面附近元素分布特征的研究,揭示并掌握了奥氏体不锈钢/低碳钢扩散焊接头中元素的扩散机制:扩散焊界面的元素扩散机制以C的间隙扩散和Cr、Fe的置换扩散为主。元素的扩散数量和扩散距离随着焊接温度的提高和焊接时间的延长而增加。低碳钢中的C元素穿过界面扩散到不锈钢基体后发生反应扩散,扩散速度加快。低碳钢侧铁素体层的强度因Cr元素的固溶强化作用而得到提升,但Cr元素扩散过量会导致铁素体层生成金属间化合物,降低扩散焊接头的塑性和韧性。因此需要严格控制焊接温度和焊接时间以保证扩散焊接头的性能。