Mo-14Re合金与316L不锈钢扩散焊工艺及机理研究

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为了实现Mo-14Re合金与316L不锈钢的连接,满足压水堆核燃料棒的结构设计需求,针对两种材料在焊接过程中存在的热失配、接头脆化等问题,本文提出使用金属Cr及金属V作为中间层对两种材料实施固相真空扩散焊,研究扩散温度、压力、保温时间三种不同工艺参数对接头组织形貌、组成成分、力学性能的影响,同时对界面元素的扩散规律及界面成形机理进行了初步分析。使用厚度0.5mm的Cr箔作为中间层对Mo-14Re合金与316L不锈钢实施真空扩散焊,得到界面成形良好的扩散焊试件,其中Mo-14Re合金一侧扩散层厚度约为2μm,主要成分为Mo的固溶体,316L不锈钢一侧扩散层厚度为30μm,由Fe的固溶体及σ(Fe Cr)化合物组成。对焊后试件进行室温拉伸测试,发现接头的抗拉强度随着扩散温度、压力、保温时间的上升均呈现先增大后减小的变化规律,当扩散温度为1150°C,压力为7.5MPa,保温时间为60min时,得到抗拉强度最高的接头,强度为318MPa。对拉伸断口进行研究,发现该参数下得到的断口符合准解理断裂模式,断面处于Mo的固溶体层。使用厚度50μm的V箔作为中间层对Mo-14Re合金与316L不锈钢实施真空扩散焊,得到界面成形良好的扩散焊试件,其中Mo-14Re合金一侧扩散层厚度约为3μm,主要成分为Mo的固溶体,316L不锈钢一侧扩散层厚度为50μm,由Fe的固溶体及σ(Fe V)化合物组成,两种母材的界面扩散层厚度均优于使用Cr箔的情况。对焊后试件进行室温拉伸测试,发现接头的抗拉强度随着扩散温度、压力、保温时间的上升均呈现先增大后减小的变化规律,当扩散温度为1150°C,压力为7.5MPa,保温时间为60min时,得到抗拉强度最高的接头,强度为330MPa,高于使用Cr箔使获得的强度。对拉伸断口进行研究,发现该参数下得到的断口符合准解理断裂模式,断面处于Mo的固溶体层。利用Boltzmann-Matano方法对1100°C及1150°C的界面元素的扩散规律进行了研究,得出它们在任意温度下的扩散方程,发现其扩散曲线与能谱线扫描结果相吻合,并对比了Mo、Fe元素在两种不同中间层中的扩散激活能,从扩散的角度证明V相比Cr更适合作为Mo-14Re合金与316L不锈钢真空扩散焊的中间层材料。
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