鋯基非晶合金焊接過(guò)程中非晶化控制研究.pdf

1、非晶合金具有非常優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，具有很好的科學(xué)研究和工程應(yīng)用價(jià)值。然而非晶合金尺寸小，而且受到剪切作用時(shí)剪切帶容易沿單一方向迅速擴(kuò)展而發(fā)生脆性斷裂，這大大限制了非晶合金的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)這些問(wèn)題，本文以Zr基非晶合金為研究對(duì)象，采用激光焊和擴(kuò)散焊方法對(duì)非晶合金的焊接工藝進(jìn)行了研究，主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　1.分析了非晶合金激光焊接機(jī)理及其理論依據(jù)，然后分別采用低速、高速激光焊接模式對(duì)Zr41Ti14Cu12Ni10B

2、e23和Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金進(jìn)行焊接研究，得到了成功的焊接接頭。檢測(cè)結(jié)果表明在焊透的情況下，高焊接速度有利于接頭保持非晶結(jié)構(gòu)或者得到納米晶。采用激光焊方法連接Zr基非晶合金與純鋯，制備非晶合金與晶態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料。由于激光焊接具有較快的冷卻速度，焊接區(qū)內(nèi)非晶合金與晶態(tài)金屬混合不均勻，但是焊接區(qū)的微硬度較高，與非晶合金母材硬度相當(dāng)。
　　2.首次采用激光焊接經(jīng)退火處理的Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金，以模仿激

3、光焊制備多層非晶合金微小零件。對(duì)接頭進(jìn)行形貌、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示焊接接頭連接良好，無(wú)明顯焊接缺陷。退火條件對(duì)接頭的微觀結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量影響明顯，合適的退火處理能夠抑制非晶合金在激光焊接過(guò)程中發(fā)生晶化，產(chǎn)生少量納米晶，這有利于改善接頭的焊接質(zhì)量和力學(xué)性能。對(duì)于Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金，適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟葢?yīng)選擇接近玻璃轉(zhuǎn)變溫度，而退火時(shí)間可以選擇與非晶合金零件熱壓印時(shí)間相當(dāng)。
　　3.采用有限元方法模擬Z

4、r基非晶合金的激光焊接過(guò)程，得到了溫度場(chǎng)分布和熱循環(huán)曲線，結(jié)合Kissinger擬合得到的連續(xù)加熱轉(zhuǎn)變曲線，對(duì)Zr基非晶合金激光焊接過(guò)程中的晶化現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相吻合。仿真結(jié)果還證明非晶合金焊接熱影響區(qū)比熔化區(qū)更容易發(fā)生晶化現(xiàn)象。計(jì)算激光焊接過(guò)程中熱影響區(qū)的臨界加熱速度，推斷非晶合金的晶化主要發(fā)生在焊接冷卻過(guò)程中，這與仿真結(jié)果相一致。晶化預(yù)測(cè)有利于優(yōu)化焊接工藝，為非晶合金焊接實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)作用。
　　4.采用擴(kuò)散焊方法制

5、備Zr基非晶合金與晶態(tài)金屬?gòu)?fù)合材料，成功將Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金與鋁合金連接在一起，得到了雙層和三層形式的焊接接頭。采用鋁合金作為中間層分步擴(kuò)散焊接非晶合金與銅，得到了成功的焊接接頭。檢測(cè)結(jié)果顯示焊接接合面連接完好，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)連接缺陷，非晶合金材料仍然保持良好的非晶特性，在一定條件下伴隨有極少量納米晶產(chǎn)生。最后提出了一種基于硅模具的擴(kuò)散焊制備多層非晶合金微小零件的思路，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明在過(guò)冷液相區(qū)非晶合金大零件能夠較好的復(fù)制非