锆是一种稀有昂贵的有色金属,其合金具有热中子吸收截面小,以及与核燃料相容性好等诸多优点,因而被广泛用作水冷动力堆的元件包壳材料及堆芯结构材料。锆合金与不锈钢的连接在核反应堆工程中是一项重要技术,目前还没有找到一种令人十分满意的方法。实现锆合金与不锈钢的连接过程中存在一些困难,主要受限于两个问题:一是脆性金属间化合物的形成,使得接头的机械强度和耐腐蚀性降低;二是两种材料的热膨胀系数相差极大,连接后会造成很大的内应力。对于难熔异种材料间的连接问题,采用真空扩散焊,往往能取得较好的结果。因而研究锆合金与不锈钢的真空扩散连接工艺、成分、组织、结构与性能之间的关系,具有重要的理论意义和实用价值。 本研究通过在不同的工艺参数条件下获得Zr-4合金和316L不锈钢的真空扩散焊接接头,并进行了力学性能测试、金相观察、XRD分析以及EDX分析,得出了焊接工艺参数与接头强度之间的关系。 论文得到以下结论: 1 锆合金侧断口形貌呈现的撕裂组织的多少、连续性以及均匀性与试样的剪切强度值之间有明显的规律。 2 焊接试样的剪切强度随Ag原子扩散到锆合金一侧生成AgZr数量的增多而提高。 3 4MPa以下过小的焊接压力不宜采用。因为如果焊接压力太小,则不能够排除外界因素对所施加焊接压力的干扰,从而得不到应有的数据。 4 用Ag做中间层阻隔了316L不锈钢中的Ni和Fe元素向锆合金的扩散,避免了脆性的Zr₃Fe、NiZr₂、Ni₂Zr₃等金属间化合物的生成;Ag原子扩散到锆合金一侧虽然生成了AgZr,但是AgZr并不太脆,有一定的韧性。因此,在合适的焊接工艺参数条件下,用Ag做中间层的焊接件其强度、塑性、韧性等机械性能必定较Zr-4/316L焊接接头的性能好。