梯度釬料連接Si3N4陶瓷-42CrMo鋼的數(shù)值模擬和組織性能.pdf

1、本文采用Ag-Cu-Ti+Mo梯度型復(fù)合釬料釬焊連接 Si3N4陶瓷和42CrMo鋼，使用ANSYS有限元分析軟件模擬計(jì)算了單層、多層梯度復(fù)合釬料釬焊接頭殘余熱應(yīng)力分布情況，并討論了梯度釬料成分、厚度以及梯度釬料層數(shù)對(duì)熱應(yīng)力的影響。同時(shí)，進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，借助SEM、EDS和TEM等方法分析了實(shí)際試驗(yàn)中釬料成分、釬料層厚度和層數(shù)對(duì)接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響。
　　對(duì)常規(guī)的單層復(fù)合釬料進(jìn)行了模擬計(jì)算，研究結(jié)果表明：在 Si3N4陶瓷

2、/42CrMo鋼釬焊接頭的近焊縫區(qū)存在著嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，最大的軸向拉應(yīng)力σmax出現(xiàn)在陶瓷一側(cè)距離焊縫0.3mm左右的棱角處。軸向應(yīng)力值的大小以及應(yīng)力區(qū)區(qū)域的面積與釬料中Mo的含量有關(guān)，當(dāng)釬料中Mo含量為10vol.％時(shí)，釬焊接頭中殘余熱應(yīng)力值最小，為324MPa。
　　對(duì)梯度復(fù)合釬料釬焊連接的Si3N4陶瓷/42CrMo鋼接頭進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，其結(jié)果表明：梯度釬料中Mo含量、梯度釬料層厚度和梯度釬料層層數(shù)對(duì)接頭應(yīng)力分布均有一

3、定的影響。隨著梯度釬料中Mo含量的增加，近焊縫區(qū)熱應(yīng)力區(qū)域面積不斷減小，接頭中殘余熱應(yīng)力值先降低后增大。對(duì)于Mo含量為5vol.%+30vol.%的雙層梯度釬料而言，隨著釬料層厚度的增加，陶瓷一側(cè)的最大軸向應(yīng)力區(qū)域面積減小，而鋼一側(cè)的最大軸向應(yīng)力區(qū)面積不斷增大并且向釬料層移動(dòng)。當(dāng)焊縫厚度為240μm時(shí)，釬焊接頭中有最小的殘余熱應(yīng)力。采用不同層數(shù)的梯度釬料釬焊Si3N4陶瓷/42CrMo鋼時(shí)，隨著梯度層層數(shù)的增加，釬焊接頭中軸向殘余熱應(yīng)力

4、有不斷減小的趨勢(shì)。
　　使用Ag-Cu-Ti+Mo梯度復(fù)合釬料釬焊連接Si3N4陶瓷/42CrMo鋼，整個(gè)釬焊接頭組成為：Si3N4陶瓷母材；TiN和Ti5Si3界面反應(yīng)層；由 Ag[Cu]和Cu[Ag]固溶體，以及彌散分布于其中的Mo和周圍細(xì)小的Cu-Ti相構(gòu)成的焊縫合金區(qū)；FeTi和Fe2Ti界面反應(yīng)層；42CrMo鋼母材。對(duì)于雙層梯度復(fù)合釬料釬焊接頭，Mo含量為5vol.%+20vol.%的梯度釬料，在降低接頭殘余熱應(yīng)力的同