钢铌激光焊接头金属间化合物调控工艺研究(2)

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第三章钢/铌激光焊接接头组织分析.....16

3.1激光焊接接头成形....16

3.2接头显微组织..18

3.2.1接头横截面宏观形貌..18

3.2.2接头横截面微观形貌..19

3.3接头脆性金属化合物层21

3.4本章小结22

第四章钢/铌激光焊接接头的力学性能分析...24

4.1接头力学性能分析.....24

4.1.1接头拉伸试验分析.....24

4.1.2接头断口形貌分析.....25

4.2金属互溶性对力学性能的影响27

4.3本章小结27

结论...29

致谢...30

参考文献..31

第一章绪论 1.1 课题的背景和意义当今社会科学技术飞速发展，工业越来越发达，人们对新型材料的研究越来越多。为了满足现代科技与工业的要求，新型材料的研究已经成为当下的重点。随着现代工业的飞速发展，原来采用单一材料制造的构件已经不能满足现代高科技生产的需求。异种材料所制造的复合结构可以使这一难题得到解决。异种材料所焊接的结构在拥有良好性能的同时，成本低，在各个领域拥有发展前景。铌是一种带光泽的灰色金属，具有顺磁性。金属铌在纯度很高的时候，它的延展性也很好。在低温的时候，铌具有超导的特新，铌是一种很重要的超导材料。其磁穿透深度也是所有元素中最高的。铌对于热中子的捕获截面很低，因此在核工业上有相当的用处，由于铌的优越的物理性质，它可以用来制造原子能反应堆的包装材料和结构材料[1,2]。铌金属室温下在空气中是极其稳定的，不与空气作用。铌的熔点高达到2468℃，沸点可达到 4742℃，密度比其它高熔点的金属低，航天航空领域，铌主要用于火箭和飞船的发动机和耐热结构。铌还能抵御各种侵蚀，并能形成介电氧化层。铌在拥有不错的抗腐蚀性能的同时，它的价格也不算太高，源:自;751'-论.文,网·www.751com.cn/ 完全可以制造一些抗腐蚀的材料。由于铌金属的优异性能，科研人员已经开始关注关于铌这种材料的研究以及铌在焊接中的应用。
304 不锈钢是不锈钢中常见的一种材质，是一种通用性的不锈钢[3,4]。304 不锈钢中最为重要的元素是 Ni、Cr。虽然 304 不锈钢中最重要的元素是 Ni 和 Cr，但 304不锈钢中还存在其它的元素。304 不锈钢中大部分是奥氏体，剩下的约有20%的铁素体。 304 不锈钢属于奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢主要合金元素含量： Cr-18%， Ni -8%。由于304 不锈钢的良好性能，它在很多领域都存在着应用。例如：当今人们使用的智能手机的外壳，就有 304 不锈钢，同时，它在储存、运输和航空航天等领域也都有着广泛的应用。不锈钢和铌在航天航空方面都有很普遍的应用，所以可以考虑将两者同时运用的航天航空上面。铌的熔点高达到 2468℃，密度比其它高熔点的金属低，同样，不锈钢也拥有较高的熔点，那么铌和不锈钢就可以用在发动机上，在减轻发动机重量的同时提高工作温度。但由于不锈钢和铌之间存在的物理特性的差异，如：熔点、线膨胀系数、热导率和比热容等,并且不锈钢和铌的焊接接头中容易产生脆性金属间化合物。这种脆性金属间化合物会导致接头性能的降低。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。激光焊接是以激光束作为焊接的热来源，激光这种热源能量密度高，焊接速度快。和普通的熔化焊相比，激光焊接的母材变形量小。激光焊接由于其独特的优点，是异种金属接头和稀有金属接头的主要焊接方法之一，在异种金属材料焊接中有得天独厚的优势，所以可以用于焊接铌和 304 不锈钢[6,7]。
1.2 不锈钢与铌的焊接性铌和 304 不锈钢的焊接为异种材料的焊接，异种材料的焊接要求将不同化学成分、不同组织性能的两种或更多种的金属材料，在一定的工艺条件和焊接参数下，焊接成实际设计要求的构件，并使焊接接头满足实际应用的条件。异种材料的焊接性由两种材料的物理性能、化学性能、组织结构等性能决定。如果这两种材料的各方面性能差异越大，那么这两种金属的焊接性越差[8-12]。不锈钢与铌的的组织结构、物理性能和化学性能相差非常大，所以这两种材料的焊接性不是非常好。不锈钢和铌的焊接是目前焊接研究的重点。