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ODS合金是采用机械合金化技术(Mechanical alloying)将超细的氧化钇颗粒均匀的弥散分布到合金基体中,再经固结处理后所得到的合金材料,该材料具有良好的高温力学性能、高温抗氧化和抗腐蚀性能,在航空、航天和核能领域得到广泛的应用。但是,ODS合金的焊接性较差,严重阻碍了其在工业中的广泛应用,ODS合金的焊接技术是其走向实际应用必须解决的关键技术之一。ODS合金在采用传统熔化焊接过程中存在一系列问题,如焊缝中易形成大量气孔,纳米级增强颗粒的数量、尺寸、分布易发生变化和焊缝组织粗大等,这些缺陷严重影响接头的力学性能,解决这些问题能为ODS合金熔化焊的实际应用提供理论基础和技术依据。
本文以ODS合金中的一种铁基合金MGH956合金作为主要研究对象,采用超声电弧TIG焊方法,以不填加填充材料的母材对接和以自制高Ni固体焊丝为填充材料两种不同工艺进行焊接,借助于光学显微镜、X射线衍射分析仪、扫描电镜及能谱仪等微观分析手段,分别研究了施加不同激励参数的超声电弧对焊缝气孔数量、增强颗粒分布、晶粒大小及力学性能的影响及其作用规律和作用机理。
不填充材料,采用超声电弧TIG焊对MGH956进行对接。随着超声电弧频率的降低,焊缝中气孔数量有一定减少,整个焊缝区软化现象有所改善,并且强度和韧性都有一定的提高,说明低频对熔池的作用效果更明显。随着超声电弧激励电流的增加,焊缝气孔数量大量减少,当频率为30kHz,激励电流为30A时,仅在焊缝近表面存在少量小气孔;焊缝区显微硬度、抗拉强度和韧性得到明显提高,在频率为30kHz,激励电流为20A时,焊缝的抗拉强度达到最高,为550MPa,达到母材的76%,同时接头由完全的脆性断裂转变成脆性-韧性混合断裂形式。
以自制高Ni固体焊丝为填充材料,在焊缝中原位生成TiC、TiN、Ni3Al等颗粒,弥补了焊接过程中所减少的那部分Y2O3颗粒,但焊缝塑性较差,在拉伸过程中并未发生屈服,其抗拉强度为581MPa。施加超声电弧后,焊缝晶粒得到明显细化,焊缝中的气孔数量明显减少,并减弱了纳米级Y2O3颗粒的聚集,使增强颗粒分布更为均匀,有效的改善接头的综合力学性能。当激励电流为30A时,所得接头组织和性能最佳,且在拉伸过程中有明显屈服,接头抗拉强度最高为615MPa,达到母材强度的85%,比未施加电弧超声提高近5%。