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文檔簡介
1、作為一種新型材料,利用SHS法合成的TiC金屬陶瓷不但具有較高的硬度、耐磨性及與金屬間極低的摩擦系數(shù),而且還具有一定的塑韌性,若能將這種材料與45鋼釬焊連接制成一種新型的汽車挺柱,必將會有很廣闊的應(yīng)用前景。研究TiC金屬陶瓷與45鋼的界面反應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律,對于提高連接接頭或復(fù)合材料的性能具有重要的指導(dǎo)作用,也為研究金屬陶瓷與金屬之間的界面反應(yīng)提供一定的理論基礎(chǔ)。因此,本文采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法,對AgCuZn釬料連接TiC金屬
2、陶瓷與45鋼的界面反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)層的成長行為進(jìn)行深入研究。 通過對TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼接頭界面反應(yīng)的試驗(yàn)和分析,發(fā)現(xiàn)TiC金屬陶瓷中的Ni對界面反應(yīng)產(chǎn)物和界面結(jié)構(gòu)的形成有直接影響。采用AgCuZn釬料對TiC金屬陶瓷與45鋼進(jìn)行釬焊后,從TiC金屬陶瓷側(cè)開始接頭的界面層依次為TiC金屬陶瓷/(Cu,Ni)固溶體/Cu(s.s)+Ag(s.s)/(Cu,Ni)固溶體/(Cu,Ni)+(Fe,Ni)/45鋼。依據(jù)所發(fā)
3、現(xiàn)的界面結(jié)構(gòu),提出了界面結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理和反應(yīng)層相對厚度的概念。 試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)釬焊工藝參數(shù)變化時,接頭界面產(chǎn)物的種類并未改變,而界面各反應(yīng)層的厚度發(fā)生一定的變化。隨著釬焊溫度的提高或保溫時間的延長,TiC金屬陶瓷與45鋼側(cè)的(Cu,Ni)固溶體層的相對厚度逐漸增大;而釬縫中心的Cu(s.s)+Ag(s.s)層的相對厚度逐漸減?。?5鋼側(cè)的(Cu,Ni)+(Fe,Ni)固溶體混合層的實(shí)際厚度逐漸增大。 從反應(yīng)層厚度和工藝
4、參數(shù)兩個不同的角度研究了接頭的抗剪強(qiáng)度和斷裂部位。發(fā)現(xiàn)釬焊工藝參數(shù)對接頭抗剪強(qiáng)度的影響存在最佳取值,當(dāng)釬焊溫度為1123K、保溫時間為600s時,接頭可以獲得最佳的抗剪強(qiáng)度157.7MPa,其足以滿足汽車發(fā)動機(jī)挺柱在實(shí)際工作中的性能要求。 TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼釬焊接頭的反應(yīng)層厚度(包括相對厚度和實(shí)際厚度)及其性能是影響接頭抗剪強(qiáng)度和斷裂部位的兩個最本質(zhì)因素。將反應(yīng)層考慮在內(nèi)的接頭殘余應(yīng)力分析和斷口分析表明,接頭的
5、具體斷裂部位除了與界面各反應(yīng)層的殘余剪應(yīng)力有關(guān),還與反應(yīng)層的實(shí)際強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)釬焊工藝參數(shù)較低,接頭在TiC金屬陶瓷側(cè)的(Cu,Ni)固溶體層處發(fā)生解理斷裂;當(dāng)釬焊工藝參數(shù)適中,接頭在Ag(s.s)+Cu(s.s)層處發(fā)生準(zhǔn)解理斷裂;當(dāng)釬焊工藝參數(shù)較高,接頭在(Cu,Ni)+(Fe,Ni)層或TiC金屬陶瓷側(cè)的(Cu,Ni)層處發(fā)生準(zhǔn)解理斷裂。 從原子擴(kuò)散和金屬陶瓷/液態(tài)釬料界面?zhèn)鳠釋W(xué)的基本觀點(diǎn)出發(fā),建立金屬側(cè)擴(kuò)散層和金屬陶瓷側(cè)固
6、溶體凝固層成長的動力學(xué)方程,為研究反應(yīng)層的成長行為奠定了理論基礎(chǔ);將所求動力學(xué)方程應(yīng)用于TiC金屬陶瓷與45鋼的界面反應(yīng)中,建立了45鋼側(cè)(Cu,Ni)+(Fe,Ni)固溶體混合層成長的動力學(xué)方程,并確定了擴(kuò)散層成長的標(biāo)準(zhǔn)動力學(xué)參數(shù);同時,建立了TiC金屬陶瓷側(cè)(Cu,Ni)固溶體層成長的動力學(xué)方程,這對深入了解TiC金屬陶瓷/AgCuZn/45鋼接頭擴(kuò)散層和凝固層的成長行為是非常有意義的。 通過對AgCuZn釬料在TiC金屬陶
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