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Be/HR-1和Be/中间层/HR-1不锈钢扩散连接的研究

李辉  
【摘要】: 铍属稀有金属,因其具有密度低,比强度和比热容高以及导热性好等优点,被广泛运用于核能、航空和航天工业。铍的缺点是延展性差,脆性大,从而给铍构件的设计和制造带来不少困难。另外,铍的化学活性高,在高温下极易氧化,它与许多金属能生成脆性的金属间化合物,影响构件的性能和使用寿命,因而研究铍/不锈钢热静压扩散连接工艺、成分、组织、结构和性能的关系,具有重要的理论意义和实用价值。本项目通过对Be/HR-1、Be/Cu/HR-1、Be/Al/HR-1和Be/Ag-Cu/HR-1不锈钢热静压后成分、组织、结构和性能的研究,得出了以下结果: ①Be/HR-1不锈钢热静压时,铍、铁两元素只能生成固溶度很小的有限固溶体,故扩散形式主要为沿晶界扩散,生成的脆性金属间化合物主要分布在晶界上。 ②Be/Cu/HR-1不锈钢热静压时,因铜在铍中的固溶度较大,在铁中的固溶度小。故铍铜之间的扩散既有沿晶界扩散,也有晶内扩散;铜在不锈钢中的扩散主要为沿晶界扩散。因此,铍/铜/HR-1不锈钢热静压时,出现了明显的铜往两侧不对称扩散现象。 ③Be/Al/HR-1不锈钢热静压时,铝在铁中固溶度约为20%(原子百分数,下同),而与铍基本上不互溶,两者形成共晶。因此,铝在铁中的扩散既有沿晶界扩散,也有晶内扩散,而在铍中的扩散主要为沿晶界扩散。 ④Be/Ag-Cu/HR-1不锈钢热静压时,因铜在铍中的固溶度较大,银在铍中的固溶度小,铜往铍中扩散容易进行,导致银铜合金中的银铜分离,也导致中间层往两侧的不对称扩散现象发生。 ⑤Be/HR-1和Be/中间层/HR-1不锈钢热静压后得到的都是层状组织,层状组织的层面近似垂直于外力方向,层与层之间近似平行。 ⑥Be/HR-1不锈钢热静压时,除基材物相α-Be和γ-相之外,还生成铍铁、铍镍、铍铬等金属间化合物;Be/中间层/HR-1不锈钢热静压时,除两基材元素间形成金属间化合物外,中间层的合金元素也将与基材的元素形成金属间化合物。生成的金属间化合物主要沿晶分布。 ⑦Be/HR-1和Be/中间层/HR-1不锈钢热静压试样的失效断口均为脆性断口。 ⑧试验连接试样的抗拉强度从大到小的排列顺序为:Be/Ag-Cu/HR-1,Be/Cu/HR-1和Be/HR-1不锈钢。 ⑨选用的中间层材料元素应尽可能与基材的元素互相固溶或生成混合物,尽量避免产生脆性的金属间化合物。 ⑩压力的作用,不仅仅是使连接界面的接触面积逐渐扩大,它还将使试样产生动态形变再结晶和扩散性蠕变,也能影响扩散焊区的扩散速度和晶粒大小。单轴向压力作用下,基材或扩散焊区出现织构。 ⑾用计算机模拟的热静压试样的成分分布与实验值比较吻合,计算机是优化热静压工艺的重要手段。


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