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Ag-Cu-Ti+WCp复合钎料连接Si_3N_4陶瓷/42CrMo钢的接头组织和性能研究

作　者: 高硕遥
导　师: 张杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: Si3N4陶瓷 42CrMo钢复合钎料组织与性能数值模拟
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用在Ag-Cu-Ti合金钎料中混合一定量WC颗粒的复合钎料连接Si₃N₄陶瓷和42CrMo钢,借助SEM、EDS、XRD研究了连接工艺、钎料成分对接头微观组织和力学性能的影响。使用Ag-Cu-Ti+WCp复合钎料连接Si₃N₄陶瓷/42CrMo钢,得到的接头的构成为:在Si₃N₄陶瓷/钎料界面生成了TiN和Ti5Si3双层反应层,TiN反应层靠近Si₃N₄陶瓷母材,Ti5Si3反应层靠近钎料;在钎料/42CrMo钢界面生成了Fe2Ti和FeTi双层反应层,Fe2Ti层靠近42CrMo钢母材,FeTi反应层靠近钎料;焊缝中间由Ag[Cu]固溶体和Cu[Ag]固溶体组成,在两类固溶体中弥散分布着WC颗粒、围绕WC颗粒的TiC反应层和少量Cu-Ti金属间化合物。使用复合钎料连接Si₃N₄陶瓷/42CrMo钢的最佳工艺参数为:钎料成分为（Ag72Cu28）96Ti4+15vol.%WCp,在1173K下保温10min。在该钎焊工艺参数下,接头获得最高三点弯曲强度361.2MPa。使用（Ag72Cu28）96Ti4+5vol.%WCp复合钎料连接Si₃N₄陶瓷和42CrMo钢时,随着钎焊温度的升高,接头界面反应层的厚度增加。钎焊温度对接头三点弯曲强度的影响具有峰值效应。随着保温时间的延长,陶瓷侧界面反应层的厚度减小。接头三点弯曲强度随保温时间延长逐渐下降。使用（Ag72Cu28）96Ti4+[X]vol.%WCp复合钎料连接Si₃N₄陶瓷/42CrMo钢,X为15vol%是WCp含量的最佳值,接头强度比使用未添加WC颗粒钎料连接接头的强度提高了215.5%;继续提高钎料内WC颗粒的体积百分含量,接头强度呈下降趋势。使用(Ag₇₂Cu₂₈)_100-zTi_z+15vol.%WCp复合钎料钎焊Si₃N₄陶瓷/42CrMo钢,随着钎料中Ti的含量增加,接头强度先增加后减小,Z为4vol.%是Ti含量的最佳值。利用ANSYS有限元软件模拟计算钎料中WCp含量对接头残余应力的影响,并通过试验对模拟计算结果进行验证。模拟结果表明数值模拟结果与试验结果一致。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外陶瓷/金属连接技术的进展  10-13
    1.2.1 陶瓷/金属的连接现状  10-12
    1.2.2 陶瓷/金属连接方法  12-13
  1.3 活性钎焊研究  13-16
    1.3.1 润湿性研究  13-15
    1.3.2 残余应力研究  15-16
  1.4 复合钎料连接陶瓷的研究现状  16-18
  1.5 本文的主要研究内容  18-19
第2章试验材料和方法  19-25
  2.1 试验材料及其加工  19-20
  2.2 试样制备  20-21
  2.3 钎焊设备  21
  2.4 钎焊工艺  21-23
  2.5 钎焊接头性能测试  23
  2.6 钎焊接头组织结构分析  23-25
    2.6.1 用扫描电镜观察接头形貌  23-24
    2.6.2 XRD 分析  24
    2.6.3 能谱成分分析(EDS)  24-25
第3章钎焊工艺参数对Si_3N_4陶瓷/42CrMo 钢连接接头显微组织与性能的影响  25-43
  3.1 复合钎料连接Si_3N_4 陶瓷/42CrMo 钢接头的显微组织  25-35
  3.2 钎焊温度对钎焊接头的微观组织及性能的影响  35-39
  3.3 钎焊保温时间对接头微观组织及性能的影响  39-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章钎料成分对Si_3N_4陶瓷/42CrMo 钢连接接头微观组织与性能的影响  43-55
  4.1 WCp 含量对Si_3N_4 陶瓷/42CrMo 钢接头组织与性能的影响  43-47
  4.2 活性元素Ti 的补偿  47-51
  4.3 WCp 尺寸分散性对Si_3N_4 陶瓷/42CrMo 钢接头组织与性能的影响  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 Si_3N_4陶瓷/42CrMo 钢接头残余应力的数值模拟  55-65
  5.1 有限元数值模拟环境与模型的建立  55-60
    5.1.1 模型的建立与网格划分  55-56
    5.1.2 计算中采用的模型假设及基本准则  56-58
    5.1.3 定义单元类型  58
    5.1.4 材料参数的确定  58-60
  5.2 有限元数值模拟加载计算结果  60-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-72
致谢  72

Ag-Cu-Ti+WCp复合钎料连接Si_3N_4陶瓷/42CrMo钢的接头组织和性能研究

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