论文摘要
不锈钢材料以其良好的抗腐蚀能力在石油化工领域得到了广泛应用，近年来有关真空钎焊不锈钢技术的研究取得了一定进展。目前采用Ni基或混合Ni基钎料对不锈钢进行真空钎焊已被广泛应用在工业制造中，然而钎焊时往往存在界面化合物多、母材晶界渗入脆化及接头界面空洞的产生等缺陷。为了更好的了解上述缺陷产生的原因及设计更合理的钎料配方，有必要研究不锈钢中的Fe、Ni、Mo、Cr元素分别对钎焊接头组织和性能的影响。因此，本文以纯Fe、Ni、Mo及Cr为基材，钎焊温度为1100℃、钎焊间隙分别为30m和100m、保温时间分别为5min、30min和60min，采用BNi-2+40%BNi-5的组合钎料分别对各组纯金属进行真空钎焊。通过调整钎焊工艺参数，运用金相分析、扫描电镜分析（SEM）、能谱分析（EDS）、电子探针分析、X射线衍射物相分析（XRD）及硬度分析对不同条件下的钎焊接头显微组织、钎缝成分分布、相组成和显微硬度进行研究。运用相图计算软件Thermo-Calc计算钎缝中可能形成的金属间化合物以确定相的组成，利用DICTRA软件模拟钎料中元素的扩散行为以解释试验结果。对钎缝的组织和相组成进行对比分析，研究保温时间及钎焊间隙等工艺参数对钎缝的影响规律。研究结果表明，在相同的钎焊工艺条件下，纯Fe、纯Cr钎缝中降熔元素不易扩散，极易生成脆性化合物；纯Ni和纯Mo钎缝中的化合物相对较少，但是纯Ni钎焊接头的界面处产生了空洞；只有纯Mo和纯Cr的钎焊过程中形成了扩散层。钎焊间隙较小时，保温时间的增加可以有效减少纯Fe钎缝中的化合物，但随着保温时间的延长，晶界出现了硬度不高的Fe2B析出物；钎焊间隙越大，产生的化合物越多，此时延长保温时间仍不能使B元素充分扩散，说明Fe元素可能会抑制B元素的扩散，因此要消除钎缝中的脆性化合物，控制间隙比延长保温时间更有效。钎焊间隙较小时，纯Ni接头显微组织完全由固溶体组成，但钎缝晶界处均产生了空洞，且随着保温时间的增加，界面处空洞的孔隙率也随之增大；钎焊间隙越大，钎缝中的化合物越多，随着保温时间的增加，钎缝化合物有效减少了，但界面空洞增大增多了，因此应通过控制钎焊间隙来减少接头脆性化合物的形成。钎焊间隙较小时，延长保温时间可使纯Mo钎缝中的化合物逐渐消失，然而保温时间过长会导致沉淀析出物的生成，有可能危害接头的力学性能；钎焊间隙增大，随着保温时间的增加，钎料填缝变得不理想，说明Mo对钎料的流动不力。钎焊间隙越大，纯Cr钎缝中化合物数量越多，保温时间的增加能减少化合物的生成，因此控制钎焊间隙及延长保温时间都能有效消除钎缝中的化合物。运用Thermo-Calc和DICTRA软件对钎料凝固过程中相的组成及元素的扩散行为所进行的计算结果与试验结果基本吻合。