【摘 要】
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TiC-Ni金属陶瓷作为一种性能优异的复合材料,在工业领域有很好的应用前景。但其固有的脆性、抗冲击性能差、刚性大等缺点严重限制了在工业领域的发展。为了扩大TiC-Ni金属陶瓷的应用范围,使其与钢连接必不可少。本文选用TiC-Ni金属陶瓷与SPHC作为焊接试样材料,采用光纤激光焊接,研究了“SPHC上TiC-Ni金属陶瓷下”搭接形式的激光焊接工艺和机理。研究了激光功率(P)、焊接速度(v)、离焦量(
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TiC-Ni金属陶瓷作为一种性能优异的复合材料,在工业领域有很好的应用前景。但其固有的脆性、抗冲击性能差、刚性大等缺点严重限制了在工业领域的发展。为了扩大TiC-Ni金属陶瓷的应用范围,使其与钢连接必不可少。本文选用TiC-Ni金属陶瓷与SPHC作为焊接试样材料,采用光纤激光焊接,研究了“SPHC上TiC-Ni金属陶瓷下”搭接形式的激光焊接工艺和机理。研究了激光功率(P)、焊接速度(v)、离焦量(f)对TiC-Ni金属陶瓷/SPHC激光搭接焊焊缝表面成形、显微组织、界面结构及力学性能的影响。结果表明:激光功率为900W,焊接速度为0.04m/s,离焦量为+2mm时,可以获得焊缝表面成形美观,界面结构良好,无裂纹、未熔合等焊接缺陷的良好焊缝,焊缝内部形成马氏体组织,焊缝/TiC-Ni金属陶瓷界面Fe、Ni元素相互扩散形成(Fe,Ni),网状TiC在界面处少量出现。增大激光功率、降低焊接速度及离焦量的减少,均导致TiC-Ni金属陶瓷侧熔深熔宽与网状TiC数量的增加,而界面元素扩散受TiC形态影响产生不同的扩散现象。同时,网状TiC与TiC小颗粒以溶解-再沉淀的方式形成,不同的是,网状TiC在奥氏体晶界析出,而TiC小颗粒则成为晶粒形核核心,弥散于焊缝中。弥散的TiC与Fe、Ni元素的相互扩散对焊缝分别具有弥散强化与固溶强化的作用,同时,少量的网状TiC也可以对焊缝起到一定的增强效果。激光功率为900W,焊接速度为0.04m/s,离焦量为+2mm时,TiC-Ni金属陶瓷/SPHC搭接焊接头抗拉剪力达到最大,为169.5N/mm,此条件下的断裂发生于TiC-Ni金属陶瓷侧热影响区,呈脆性断裂模式。研究了磁场辅助TiC-Ni金属陶瓷/SPHC激光/搭接焊对接头显微组织、界面面结构与力学性能的影响。激光功率为900W,焊接速度为0.04m/s,离焦量为+2mm条件下,与未施加磁场相比,施加磁场后的TiC-Ni金属陶瓷侧熔深、熔宽增加。焊缝侧的TiC颗粒弥散程度增加,焊缝/TiC-Ni金属陶瓷界面的元素扩散增强。相较于B=0m T,当B=30m T时,焊缝晶粒细化、晶粒取向多样化,弹性模量降低,硬度升高。随着磁场强度逐渐增大,TiC-Ni金属陶瓷侧熔池范围进一步扩大,Ni元素的扩散获得显著提高,网状TiC也在焊缝中大量产生,导致焊缝硬度升高,但受磁场影响,焊缝硬度变得均匀。此外,在B=30m T时,接头的抗拉剪力达到最大,为199.7N/mm,在同等焊接工艺参数下,比不施加磁场辅助提高约15.1%。接头断裂发生于TiC-Ni金属陶瓷,属脆性断裂。
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