马氏体不锈钢真空钎焊与真空热处理一体化工艺

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TG454TechnologyofMergingBrazingandHeat-TreatingintoOneinVacuumforMartensiticStainlessSteelLiuHongLiWenZhangShihang(ShenyangInstituteofTechnology,Shenyang110015)［Abstract］Thetechnologyofmergingbrazingandheattreatingintooneinvacuumformartensiticstainlesssteelisinvestigated.Notonlythejoint'sstrengthandremeltingtemperaturearetested,butalsothejoint'smetalloscopyandfractographareobserved.Theresultsshowthatthejointiscompactandthequalityisgood.［Keywords］martensiticstainlesssteel,vacuumbrazing,heattreating.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1X12Cr13的化学成分母材钢号CSiMnCrSP其它X12Cr130.07～0.15≤1.0≤1.011.5～13.5≤0.03≤0.035Fe表2X12Cr13的性能指标母材钢号σs/(N/mm2)σb/(N/mm2)δs/%φ/%αk/(N.m/cm2)X12Cr13550～630≥700≥14≥40≥56试验用钎料型号为BAu-4,其成分如表3所示.表3BAu-4钎料成分钎料牌号Au/%Ni/%固相线/℃液相线/℃BAu-482189509501.2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0.05～0.15mm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20min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20min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30min.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1h,第二阶段预热温度为900～910℃,保温1h,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1h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4X12Cr13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X12Cr130.05860℃×1HOC+590℃×2HAC1042.70.05860℃×1HOC+640℃×2HAC833.9断于母材0.10860℃×1HOC+590℃×2HAC1124.60.10860℃×1HOC+640℃×2HAC859.7断于母材0.15860℃×1HOC+590℃×2HAC1120.50.15860℃×1HOC+640℃×2HAC836.9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0.05～0.15mm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0.15mm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20min时开裂情况950℃1050℃1100℃1150℃X12Cr131未开裂部分开裂部分开裂部分开裂2未开裂部分开裂部分开裂部分开裂3未开裂部分开裂部分开裂部分开裂由表5可知,当X12Cr13的钎焊接头加热到1050℃时出现开裂,故它的重熔温度大约在1000℃,高于钎料本身的液相线温度.这主要是因为在钎焊过程中,钎料与母材组元发生相互作用,致使钎缝处组织和成分发生变化所致.3.3钎焊接头的金相观察钎焊接头的宏观形貌、微观形貌、断口扫描形貌分别如图1、图2、图3所示.图1钎焊接头宏观形貌×6图2接头微观形貌×500×400×800图3断口扫描形貌由图1可以看出,焊缝处为一条均匀、光滑的黑色条纹,没有未钎透处.由图2可以看出,钎缝处组织包括三个部分,钎缝中心区、扩散区和界面区,中心区为Au-Ni固溶体组织,它的成分不同于钎料BAu-4的成分,因为在钎焊过程中,钎料组元向母材扩散,致使成分发生了变化.界面区及扩散区为母材和钎料组元相互扩散而形成的固溶体组织.此外,在钎缝中心区还可观察到一部分黑色相,经分析可知其为富镍固溶体.钎缝处不含脆性相和易熔共晶组织,对接头性能是有利的,这也是接头强度较高的原因之一.由图3可以看出,钎焊接头断口为韧窝状断口,这说明材料在拉伸过程中发生过强烈的剪切变形,表明接头的塑性和韧性较好.4结论1)本试验采用真空钎焊及真空热处理一体化工艺用于马氏体不锈钢的连接是成功的,焊后接头强度高,质量稳定,焊缝均匀光滑.2)工艺参数的确定是合理的,保证了真空钎焊与真空热处理的同时进行,达到了在钎焊过程中实现热处理的目的.作者单位：刘红（沈阳工业学院教务处,沈阳110015）李文张世航（沈阳工业学院）参考文献1喜.钎焊.第2版.北京:机械工业出版社,19882BlessF,BouwmanJW.Applicationsofhigh-pressuregasquenchinginvacuumheattreatmentfurnaces.HeatTreatmentofMetals,1986,(4):95～983庄鸿寿,罗格E夏特.高温钎焊.北京:国防工业出版社,19894田燕.焊接区断口金相分析.北京:机械工业出版社,1991