Mo-Cu合金和18-8不锈钢氩弧焊接头显微组织1.PDF

Mo-Cu 合金与18-8 不锈钢氩弧焊接头的显微组织1 1 1 2 1 1 李亚江 ，蒋庆磊 ，U.A.Puchkov ，夏春智 ，王 娟 1. 山东大学 材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室，济南(250061) 2. 莫斯科鲍曼国立技术大学 材料科学系，莫斯科 (105005) E-mail: yajli@ 摘 要：采用填丝钨极氩弧焊（TIG ）对Mo-Cu 合金与不锈钢进行焊接。采用电子显微镜、 电子探针等测试方法分析了焊接接头的组织、显微硬度和元素分布。结果表明：焊缝组织为 奥氏体和铁素体双相组织，对提高焊接接头的性能有利；18-8 不锈钢一侧熔合区组织为奥 氏体和骨架状或蠕虫状的δ-铁素体组成的双相组织，熔合区中随δ-铁素体量的增加显微硬 度有所下降；Mo-Cu 合金一侧熔合区附近的显微硬度从焊缝到Mo-Cu 合金逐渐升高，并在 Mo-Cu 合金一侧熔合区附近达到最大值，这是由于生成高硬度的脆性Fe-Mo 金属间化合物 所致，减缓焊接区的冷却速度对降低熔合区显微硬度有利。 关键词：钼铜合金；18-8 不锈钢；钨极氩弧焊；显微组织；异种材料 中图分类号：TG 457.19 文献标识码：A 0. 引言 Mo-Cu 合金是由高熔点、低线膨胀系数的Mo 和高导电、高导热率的Cu 制成的合金。 两组元之间互不溶解的特性使它们在复合之后呈现出两元素本征物理特性的特定组合，兼有 钼和铜的特性，有着良好的综合性能，可以根据使用要求灵活、准确地设计成分[1-4] 。Mo-Cu 合金具有高导电和高热导特性、低的可调节的热膨胀系数、特殊的高温性能和良好的机械加 工性等特点。因此Mo-Cu 合金广泛应用于电触头材料、散热材料、电子封装材料和航天高 温材料等[1, 5, 6] 。但Mo-Cu 合金抗氧化性差的缺点使其在工程应用中受到了很大限制。因此， Mo-Cu 合金和不锈钢之间在一定程度上有性能互补关系，实现Mo-Cu 合金与不锈钢的连接 不仅可以发挥两种材料的性能优势，弥补各自的不足，而且对于改善结构件内部应力分布状 态、促进Mo-Cu 合金的应用具有重要的意义。 由于Mo-Cu 合金抗氧化性差，对气体杂质较敏感，与不锈钢线膨胀系数相差较大。因 此，采用熔化焊接方法时，焊缝易产生气孔，导致焊缝金属的力学性能降低；焊接过程中形 成的氧化膜会阻碍晶粒结合，甚至使焊接难以进行；焊接加热时会产生很大的应力，导致焊 接裂纹倾向大，严重时会发生脆断。因此，Mo-Cu 合金的焊接通常需要在保护气体或真空 中进行，对焊接材料要求也较高。由气体杂质污染引起的性能变化和热循环造成的显微组织 变化是Mo-Cu 合金焊接面临的主要问题[7, 8, 9] 。本文通过填丝钨极氩弧焊（TIG ）实现Mo-Cu 合金与不锈钢的焊接，采用电子显微镜、电子探针对焊缝和熔合区的组织和元素分布进行分 析，并分析近缝区的显微硬度，为Mo-Cu 合金焊接应用提供试验基础。 1. 试验材料及方法 试验母材为Mo60Cu40 合金和18-8 奥氏体不锈钢，试板厚度为2.5 mm 。Mo-Cu 合金和 18-8 不锈钢焊前需清除表面的氧化物及油污，不开坡口，采用填丝钨极氩弧焊（TIG ）进行 单面对接焊。焊丝为直径2.5mm 的Cr25-Ni13 系不锈钢焊丝，其熔敷金属的化学成分见表 1。焊接时采用的保护气体为纯度＞99.99%的纯氩气，钨极直径2 mm，尖端角度35°。引弧 后将电弧拉长至10~15 mm，对Mo-Cu 合金一侧进行预热，待达到较高温度后立即压低电弧， 1本课题受到国家自然科学基金，高等学校博士学科点专项科研基金（200804220020）资助。 - 1 - 以短弧施焊。 焊接工艺参数为：焊接电流105~110A，电弧电压11~12 V，焊接速度1.1 mm/s，氩气 流量8