AZ31B鎂合金-304不銹鋼異種金屬的低溫擴(kuò)散焊研究.pdf

1、金屬鎂及其合金是當(dāng)前可應(yīng)用金屬材料中最輕的結(jié)構(gòu)材料，具有鋼不可替代的性能，如低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、良好的阻尼減震性、電磁屏蔽性以及可回收利用等；不銹鋼是目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，除了優(yōu)越的耐蝕性外，還具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫氧化性、韌性及焊接性。鑒于兩種金屬材料性能的互補(bǔ)性和在實際應(yīng)用中的交叉性、廣泛性，將金屬鎂及其合金與不銹鋼連接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)十分必要。但由于Mg與Fe的晶體結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性能差異較大，使得鎂合金與

2、不銹鋼的焊接性非常差。因此，尋求新思路和新工藝實現(xiàn)鎂合金與不銹鋼的有效連接具有重要意義。
　　本課題以鍍Ni層、Ni箔和Cu箔作為中間過渡層材料，對AZ31B鎂合金和304不銹鋼異種金屬進(jìn)行低溫擴(kuò)散焊試驗研究，借助SEM、EDS、XRD等檢測手段對焊接接頭的微觀組織形貌進(jìn)行分析，利用顯微硬度計、萬能拉伸試驗機(jī)等對焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行測試，系統(tǒng)研究了中間過渡層材料、焊接工藝參數(shù)與焊接接頭的元素分布、顯微組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能之間的關(guān)系

3、，分析AZ31B鎂合金與304不銹鋼接頭界面區(qū)的形成機(jī)制。
　　研究表明，以鍍Ni層、Ni箔和Cu箔作為中間過渡層材料，均能實現(xiàn)對AZ31B鎂合金與304不銹鋼的冶金連接。鍍Ni層為中間過渡層材料的焊接接頭，由于鍍層中P元素的存在，致使焊接接頭中有大量脆性相生成，甚至形成脆性微裂紋，嚴(yán)重降低了焊接接頭的力學(xué)性能。
　　以Ni箔為中間過渡層，Mg-Ni共晶液相對母材AZ31B鎂合金基體和304不銹鋼均具有較好的潤濕性，整個潤濕

4、過程是反應(yīng)潤濕和鋪展?jié)櫇窆餐饔玫慕Y(jié)果。AZ31B鎂合金/Ni箔/304不銹鋼焊接接頭擴(kuò)散界面由晶界滲透層、Mg-Ni-Al三元金屬間化合物層、低熔點共晶組織層和不銹鋼側(cè)擴(kuò)散層組成，焊接接頭的微觀組織由鎂合金一側(cè)開始依次為沿鎂合金晶界析出的Mg-Ni-Al三元金屬間化合物、Mg-Ni-Al三元金屬間化合物被(α-Mg+Mg2Ni)共晶組織所包圍形成的復(fù)合組織結(jié)構(gòu)、(α-Mg+Mg2Ni)共晶組織和Fe-Ni合金產(chǎn)物層，其中Mg-Ni-A

5、l三元金屬間化合物被(α-Mg+Mg2Ni)共晶組織所包圍，形成復(fù)合組織結(jié)構(gòu)，均勻、致密地分布于焊接界面，整體形成韌性矩陣形態(tài)，這一結(jié)構(gòu)有利于焊接接頭的結(jié)合強(qiáng)度。隨著保溫時間延長，焊接接頭的顯微硬度及剪切強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律；在510℃、保溫20min、壓力2MPa條件下，焊接接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值37MPa，約為AZ13B母材的27％，斷口呈準(zhǔn)解理斷裂特征。
　　建立了中間層Ni原子向AZ31B鎂合金母材晶界擴(kuò)散的力

6、學(xué)模型，晶界滲透深度為
　　以Cu箔為中間過渡層，其作用機(jī)理與Ni箔基本相似，但Mg-Cu共晶液相對不銹鋼一側(cè)的潤濕鋪展性能較差，無明顯擴(kuò)散層形成。AZ31B鎂合金/Cu箔/304不銹鋼焊焊接接頭的擴(kuò)散界面由晶界滲透層、α-Mg層、Mg-Cu-Al三元金屬間化合物層和低熔點共晶組織層組成；焊接接頭的微觀組織由鎂合金一側(cè)開始依次為沿鎂合金晶界沉淀析出的Mg-Cu-Al三元金屬間化合物、Mg17(Cu,Al)12、α-Mg，(α-Mg