论文部分内容阅读
本文采用Ag-Cu-Ti+Mo梯度型复合钎料钎焊连接Si3N4陶瓷和42CrMo钢,使用ANSYS有限元分析软件模拟计算了单层、多层梯度复合钎料钎焊接头残余热应力分布情况,并讨论了梯度钎料成分、厚度以及梯度钎料层数对热应力的影响。同时,进行了试验验证,借助SEM、EDS和TEM等方法分析了实际试验中钎料成分、钎料层厚度和层数对接头微观组织和力学性能的影响。对常规的单层复合钎料进行了模拟计算,研究结果表明:在Si3N4陶瓷/42CrMo钢钎焊接头的近焊缝区存在着严重的应力集中现象,最大的轴向拉应力σmax出现在陶瓷一侧距离焊缝0.3mm左右的棱角处。轴向应力值的大小以及应力区区域的面积与钎料中Mo的含量有关,当钎料中Mo含量为10vol.%时,钎焊接头中残余热应力值最小,为324MPa。对梯度复合钎料钎焊连接的Si3N4陶瓷/42CrMo钢接头进行数值模拟计算,其结果表明:梯度钎料中Mo含量、梯度钎料层厚度和梯度钎料层层数对接头应力分布均有一定的影响。随着梯度钎料中Mo含量的增加,近焊缝区热应力区域面积不断减小,接头中残余热应力值先降低后增大。对于Mo含量为5vol.%+30vol.%的双层梯度钎料而言,随着钎料层厚度的增加,陶瓷一侧的最大轴向应力区域面积减小,而钢一侧的最大轴向应力区面积不断增大并且向钎料层移动。当焊缝厚度为240μm时,钎焊接头中有最小的残余热应力。采用不同层数的梯度钎料钎焊Si3N4陶瓷/42CrMo钢时,随着梯度层层数的增加,钎焊接头中轴向残余热应力有不断减小的趋势。使用Ag-Cu-Ti+Mo梯度复合钎料钎焊连接Si3N4陶瓷/42CrMo钢,整个钎焊接头组成为:Si3N4陶瓷母材;TiN和Ti5Si3界面反应层;由Ag[Cu]和Cu[Ag]固溶体,以及弥散分布于其中的Mo和周围细小的Cu-Ti相构成的焊缝合金区;FeTi和Fe2Ti界面反应层;42CrMo钢母材。对于双层梯度复合钎料钎焊接头,Mo含量为5vol.%+20vol.%的梯度钎料,在降低接头残余热应力的同时也保证了界面反应层的厚度,具有最佳的力学性能。适当的梯度钎料层厚度有利于提高钎焊接头的强度,当梯度钎料层厚度为150μm时,5vol.%+10vol.%Mo双层梯度复合钎料钎焊接头三点弯曲强度有最大值,达到295.6MPa。随着梯度层层数的增加,钎焊接头性能有较大的提高。