【摘 要】
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钽-钢复合结构具有钽与钢的综合性能优势,在化工、电子、航天航空等领域应用广泛。本文针对钽与钢之间物理化学性质差异大,焊缝金属易产生脆性金属间化合物而导致接头开裂之难题,采用储能焊技术对钽与钢实施快速凝固连接,并依据熔核金属高熵化原理,设计、制备出适于钽/钢储能焊的Ta-Ni-Cr-V、Ta-Ni-Cr-Cu和Ta-Ni-Cr-Co三种中间层合金,采用正交试验法优化了中间层合金成分,分析了储能点焊接
【基金项目】
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西安市高校院所人才服务企业工程计划（GR17068）；
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钽-钢复合结构具有钽与钢的综合性能优势,在化工、电子、航天航空等领域应用广泛。本文针对钽与钢之间物理化学性质差异大,焊缝金属易产生脆性金属间化合物而导致接头开裂之难题,采用储能焊技术对钽与钢实施快速凝固连接,并依据熔核金属高熵化原理,设计、制备出适于钽/钢储能焊的Ta-Ni-Cr-V、Ta-Ni-Cr-Cu和Ta-Ni-Cr-Co三种中间层合金,采用正交试验法优化了中间层合金成分,分析了储能点焊接头的相组成和微观组织特征,研究了焊接工艺对接头力学性能的影响规律。研究结果表明:应用泛函理论计算出的塑性最好的三种熔核金属的化学成分分别为Ta22.22Fe22.22Ni22.22Cr22.22V11.11、Ta20Fe20Ni20Cr20Cu20 和 Ta20Fe20Ni20Cr20Co20。依据焊接过程两种母材熔合比折合及正交试验优化设计,得到的旨在实现熔核高熵化的多主元中间层合金化学成分依次为Ta13Ni35Cr28V24、Ta8Ni30Cr20Cu42和Ta7Ni32Cr19Co42。三种合金均具有良好流动性和液态成形能力,在急冷快速凝固条件下获得的中间层合金箔的规格为厚80～100μm、宽8～10mm、长约 100mm。采用储能焊可实现Ta1/0Cr18Ni9薄板的直接连接,在一定程度上能够抑制金属间化合物的产生,但熔核中仍存在少量Fe5Ta3和Cr2Ta金属间化合物,并且熔核中心出现Φ0.2mm近圆形气孔,在钽与钢结合界面处还产生了显微缩松,熔核整体向钢侧偏移,接头剪切强度较低,平均值约240MPa。在焊接电压1000V,电容500μF,电极力30N条件下,应用三种中间层合金的Ta1/0Cr18Ni9储能焊接头形貌完整,无明显缺陷,熔核整体向钢侧偏移,与母材之间的结合良好,熔核组织由简单立方结构的固溶体组成,无脆性金属间化合物产生,接头强度高于Ta1/0Cr18Ni9直接储能焊接头强度。在Ta1/Ta13Ni3 5Cr28V24/0Cr18Ni9储能焊接头中,熔核与母材结合处的组织形态以柱状晶为特征,熔核中心组织由柱状晶、粗大的树枝晶及少量等轴晶交错排列组成,接头剪切强度平均值达到372MPa;在Ta1/Ta8Ni30Cr20Cu42/0Cr18Ni9储能焊接头中熔核的凝固组织由粗大的树枝晶和等轴晶组成,在熔核与Ta1母材结合界面出现少量缩松,接头平均剪切强度为362MPa;在Ta1/Ta7Ni32Cr19Co42/0Cr18Ni9储能焊接头中,熔核与Ta1母材结合界面处的组织由整齐排列的胞状晶组成,熔核组织则由粗大的树枝晶和少量的等轴晶组成,接头剪切强度平均值达 395MPa。添加Ta7Ni32Cr19Co42中间层合金的储能焊接头性能最高,主要归因于所形成接头无焊接缺陷,熔核相结构为FCC,剪切断口有大量韧窝,无脆性金属间化合物产生。
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