鋯基非晶合金焊接過程中非晶化控制研究.pdf

1、非晶合金具有非常優(yōu)異的物理、化學性能，具有很好的科學研究和工程應用價值。然而非晶合金尺寸小，而且受到剪切作用時剪切帶容易沿單一方向迅速擴展而發(fā)生脆性斷裂，這大大限制了非晶合金的實際應用價值。針對這些問題，本文以Zr基非晶合金為研究對象，采用激光焊和擴散焊方法對非晶合金的焊接工藝進行了研究，主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1.分析了非晶合金激光焊接機理及其理論依據(jù)，然后分別采用低速、高速激光焊接模式對Zr41Ti14Cu12Ni10B

2、e23和Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金進行焊接研究，得到了成功的焊接接頭。檢測結(jié)果表明在焊透的情況下，高焊接速度有利于接頭保持非晶結(jié)構(gòu)或者得到納米晶。采用激光焊方法連接Zr基非晶合金與純鋯，制備非晶合金與晶態(tài)金屬復合材料。由于激光焊接具有較快的冷卻速度，焊接區(qū)內(nèi)非晶合金與晶態(tài)金屬混合不均勻，但是焊接區(qū)的微硬度較高，與非晶合金母材硬度相當。
　　2.首次采用激光焊接經(jīng)退火處理的Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金，以模仿激

3、光焊制備多層非晶合金微小零件。對接頭進行形貌、內(nèi)部微結(jié)構(gòu)以及力學性能進行檢測，結(jié)果顯示焊接接頭連接良好，無明顯焊接缺陷。退火條件對接頭的微觀結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量影響明顯，合適的退火處理能夠抑制非晶合金在激光焊接過程中發(fā)生晶化，產(chǎn)生少量納米晶，這有利于改善接頭的焊接質(zhì)量和力學性能。對于Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金，適當?shù)耐嘶饻囟葢x擇接近玻璃轉(zhuǎn)變溫度，而退火時間可以選擇與非晶合金零件熱壓印時間相當。
　　3.采用有限元方法模擬Z

4、r基非晶合金的激光焊接過程，得到了溫度場分布和熱循環(huán)曲線，結(jié)合Kissinger擬合得到的連續(xù)加熱轉(zhuǎn)變曲線，對Zr基非晶合金激光焊接過程中的晶化現(xiàn)象進行預測，預測結(jié)果與實驗相吻合。仿真結(jié)果還證明非晶合金焊接熱影響區(qū)比熔化區(qū)更容易發(fā)生晶化現(xiàn)象。計算激光焊接過程中熱影響區(qū)的臨界加熱速度，推斷非晶合金的晶化主要發(fā)生在焊接冷卻過程中，這與仿真結(jié)果相一致。晶化預測有利于優(yōu)化焊接工藝，為非晶合金焊接實驗提供指導作用。
　　4.采用擴散焊方法制

5、備Zr基非晶合金與晶態(tài)金屬復合材料，成功將Zr55Cu30Ni5Al10非晶合金與鋁合金連接在一起，得到了雙層和三層形式的焊接接頭。采用鋁合金作為中間層分步擴散焊接非晶合金與銅，得到了成功的焊接接頭。檢測結(jié)果顯示焊接接合面連接完好，沒有發(fā)現(xiàn)連接缺陷，非晶合金材料仍然保持良好的非晶特性，在一定條件下伴隨有極少量納米晶產(chǎn)生。最后提出了一種基于硅模具的擴散焊制備多層非晶合金微小零件的思路，通過實驗證明在過冷液相區(qū)非晶合金大零件能夠較好的復制非