马氏体不锈钢真空钎焊与真空热处理一体化工艺.doc

马氏体不锈钢真空钎焊与真空热处理一体化工艺
刘 红 李 文 张世航
摘 要 介绍了马氏体不锈钢真空纤焊与真空热处理一体化工艺.对钎焊接头的强度、重熔温度、接头及断口形貌进行了测定和观察.结果表明:采用此工艺钎焊马氏体不锈钢,焊后接头强度高,焊缝致密光滑,质量好.
关键词 马氏体不锈钢,真空,纤焊,热处理.
分类号 TG454
Technology of Merging Brazing and Heat-Treating
into One in Vacuum for Martensitic Stainless Steel
Liu Hong Li Wen Zhang Shihang
(Shenyang Institute of Technology,Shenyang 110015)
[Abstract] The technology of merging brazing and heat treating into one in vacuum for martensitic stainless steel is investigated.Not only the joint's strength and remelting temperature are tested, but also the joint's metalloscopy and fractograph are observed.The results show that the joint is compact and the quality is good.
[Key words] martensitic stainless steel,vacuum brazing,heat treating.
0 引言
近年来,随着真空加热设备的进一步发展,HVT-B工艺便开始作为一种经济实用的热处理工艺出现,这就是真空钎焊与真空热处理一体化工艺. HVT-B工艺不仅能赋予接头与母材几乎相等的机械性能,并且还具有使部件受热均匀,消除或将采用弧焊所引起的变形、有害气体的影响等减少到最低限度,不用焊后处理就可保持光亮的表面,无公害、劳动条件好等一系列优点.因此,在我国工业生产中对HVT-B工艺进行研究和推广具有极为重要的技术与经济意义.
本文即是对马氏体不锈钢真空钎焊与真空热处理一体化工艺的研究.
1 试验方法
1.1 试验材料
试验用母材为X12Cr13,其成分和性能指标分别如表1、表2所示.
表1 X12Cr13的化学成分
母材钢号
C
Si
Mn
Cr
S
P
其它
X12Cr13
0.07~0.15
≤1.0
≤1.0
11.5~13.5
≤0.03
≤0.035
Fe
表2 X12Cr13的性能指标
母材钢号
σs/
(N/mm2)
σb/
(N/mm2)
δs/
%
φ/
%
αk/
(N.m/cm2)
X12Cr13
550~630
≥700
≥14
≥40
≥56
试验用钎料型号为BAu-4,其成分如表3所示.
表3 BAu-4钎料成分
钎料牌号
Au/
%
Ni/
%
固相线/
℃
液相线/
℃
BAu-4
82
18
950
950
1.2 钎料接头强度的测定
本试验对钎焊接头进行了抗拉强度测定,试件采用GB11363-89钎焊接头强度试验方法,钎焊后的试件在拉伸试验机上测定其抗拉强度值.
1.3 接头间隙对钎焊接头强度值的影响
在设计钎焊接头时,正确地选定接头间隙是获得优质接头的重要前提,间隙大小在相当大的程度上影响钎缝的致密性和钎缝合金的性能,从而影响接头的强度.本试验选择接头间隙在0.05~0.15 mm范围内进行试验.
1.4 钎焊接头重熔温度的测定
测定重熔温度时,将钎焊后的试件放在电炉中加热,以钎料熔化温度作为加热初始温度,保持20 min后观察焊缝有无开裂现象,若没有则继续升温加热,每隔50℃再保持20 min进行观察,直至发现有开裂现象后停止加热.则重熔温度即在发现开裂温度与前一加热温度之间.
1.5 钎焊接头金相观察
本试验从以下两个方面对钎焊接头进行了金相观察:
1) 焊缝形貌观察;
2) 断口的形貌观察.
试验用仪器分别为光学显微镜和扫描电镜.
2 工艺参数的确定
2.1 加热温度的确定
X12Cr13是马氏体型不锈钢,此钢含碳量比较低,多用于要求一定强度和韧性的结构件,在使用时进行调质处理以改善它的综合机械性能.为了细化晶粒并防止试件在淬火时发生变形和开裂,调质处理前需进行正火处理,温度为990~1000℃之间,该温度区间正好符合钎焊加热温度(超过钎料的熔点25~60℃),故本试验加热温度即确定在990~1000℃之间,在此温度下加热即可保证钎焊和正火过程同时进行.
2.2 加热保温时间的确定
本试验根据生产经验确定加热保温时间为30 min.
2.3 加热方式、速度及冷却方式、速度的确定
本试验采用阶段升温的加热方式,第一阶段预热温度为700℃,保温1 h,第二阶段预热温度为900~910℃,保温1 h,然后再以缓慢的速度加热到990~1000℃.
冷却时,先将真空炉冷却到860℃,保温1 h后再通入N2炉冷却.
2.4 真空度的确定
因试验用母材中含有Cr,故对真空度的要求较高,本试验选择真空度在1.3×10-2~1.3×10-3Pa之间.
3 试验结果与分析
3.1 接头的抗拉强度
钎焊接头的抗拉强度值见表4
表4 X12Cr13钎焊接头强度
母 材
钎缝间隙/mm
焊后热处理
强度值/(N/mm2)
备 注
X12Cr13
0.05
860℃×1HOC+590℃×2HAC
1042.7
0.05
860℃×1HOC+640℃×2HAC
833.9
断于母材
0.10
860℃×1HOC+590℃×2HAC
1124.6
0.10
860℃×1HOC+640℃×2HAC
859.7
断于母材
0.15
860℃×1HOC+590℃×2HAC
1120.5
0.15
860℃×1HOC+640℃×2HAC
836.9
断于母材
由表4可以看出,钎焊接头的强度值是比较高的,与母材的强度相当,尤其是当焊后回火温度较高时,断裂位置全部在母材处,这说明本试验工艺设计合理.同时,还可以看出,当接头间隙控制在0.05~0.15 mm范围内时,接头强度值基本上不随间隙大小而变化,这是因为对BAu-4钎焊本身而言,其塑性好,无化合物相,对接头的装配间隙要求不严.在生产中为了减少钎焊消耗,降低生产成本,接头间隙应控制在0.15 mm以下.
3.2 钎焊接头的重熔温度
钎焊接头的重熔温度测试结果见表5(本试验选用三个试样进行测试).
表5 钎焊接头重熔温度
母 材
试样
编号
加热温度保持20 min时开裂情况
950℃
105