基于纳米压痕法的SS316L/BNi-2钎焊接头微区力学性能表征

发布时间：2021-05-20 02:53

　　板-翅结构的换热器基于高效紧凑的特点,在一体化高温系统中越来越受到青睐。在新一代的高温气冷堆中,板-翅结构不但是最为可行的换热单元形式,而且直接决定了反应堆的能量转换效率。作为换热器设备的两个核心指标,高效换热与结构可靠性总是相辅相成并相互制约。紧凑板翅式换热器主要采用钎焊封装连接,其钎焊连接区域是换热器最薄弱的环节。钎料在钎焊接头中起连接作用,其性能制约着钎焊结构的力学性能,从而可知钎料和钎焊接头的性能决定了换热设备甚至整个系统的安全可靠运行性能,因此对于钎料和板翅钎焊结构力学性能的研究具有重要意义。本文基于纳米压痕理论,通过采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,研究BNi-2铸态钎料和SS316L/BNi-2不锈钢钎焊接头的力学性能,主要研究工作及相关结论如下：（1）基于纳米压痕理论,获得了BNi-2铸态钎料的硬度和弹性模量,对比拉伸实验,证实了纳米压痕法测试材料力学性能的可行性。基于M.Dao的模型,采用压痕做功法,通过一系列无量纲方程反推获得了BNi-2铸态钎料的塑性性能参数；结合有限元数值模拟和实验研究,通过反复修正材料的特征应力和特征应变,获得铸态钎料精确的应力应变... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 不锈钢钎焊接头材料属性研究进展
        1.2.1 镍基钎料的研究进展
        1.2.2 不锈钢钎焊接头力学性能的研究进展
    1.3 钎焊接头力学性能测试方法研究进展
        1.3.1 钎焊接头常规力学性能测试方法
        1.3.2 纳米压痕法测试材料的力学性能
    1.4 本文主要研究内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
第2章 实验材料和实验方法
    2.1 BNi-2铸态钎料和SS316L/BNi-2钎焊接头试样制备
        2.1.1 BNi-2铸态钎料
        2.1.2 SS316L/BNi-2钎焊接头
    2.2 纳米压痕实验系统
    2.3 BNi-2铸态钎料和SS316L/BNi-2钎焊接头实验方法
        2.3.1 BNi-2铸态钎料的拉伸实验
        2.3.2 BNi-2铸态钎料的纳米压痕实验
        2.3.3 SS316L/BNi-2钎焊接头的纳米压痕实验
    2.4 基于纳米压痕法的材料力学性能表征
        2.4.1 材料的塑性本构模型
        2.4.2 材料应力应变本构的量纲分析法
        2.4.3 材料应力应变本构关系反演
    2.5 本章小结
第3章 BNi-2铸态钎料的力学性能研究
    3.1 引言
    3.2 BNi-2铸态钎料常温拉伸性能及断口分析
    3.3 BNi-2铸态钎料纳米压痕实验结果分析和讨论
        3.3.1 弹性模量和硬度
        3.3.2 微观组织分析
    3.4 BNi-2铸态钎料纳米压痕数值模拟
        3.4.1 建立有限元模型
        3.4.2 边界条件设置及网格无关性验证
    3.5 BNi-2铸态钎料应力应变本构关系反演
    3.6 本章小结
第4章 SS316L/BNi-2钎焊接头微区力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 SS316L/BNi-2钎焊接头各微区纳米压痕测试结果
        4.2.1 SS316L/BNi-2钎焊接头各微区的弹性模量和硬度
        4.2.2 SS316L/BNi-2钎焊接头微观组织分析
    4.3 SS316L/BNi-2钎焊接头各微区纳米压痕数值模拟
        4.3.1 建立钎焊接头各微区有限元模型
        4.3.2 有限元模拟结果分析
    4.4 SS316L/BNi-2钎焊接头各微区应力应变本构
    4.5 SS316L/BNi-2钎焊接头的力学性能
    4.6 本章小结
第5章 纳米压痕实验影响因素分析
    5.1 引言
    5.2 压头尖端半径的影响
    5.3 压头与材料间摩擦因数的影响
    5.4 压痕尺寸效应分析
        5.4.1 BNi-2铸态钎料压痕尺寸效应分析
        5.4.2 钎焊接头各微区压痕尺寸效应分析
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文研究工作总结
    6.2 本文创新之处
    6.3 未来研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文、参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶态镍基钎料箔润湿成缝特征及其对钎焊接头形态的影响[J]. 王君,何鹏,李军,李钟麟,钱乙余.  焊接学报. 2013(12)
[2]利用纳米压入的反演分析法确定金属材料的塑性性能[J]. 马永,姚晓红,田林海,张翔宇,树学峰,唐宾.  金属学报. 2011(03)
[3]保温时间对304不锈钢板翅结构真空钎焊的影响[J]. 蒋文春,巩建鸣,涂善东.  机械设计与制造. 2010(11)
[4]钎缝间隙对316L不锈钢真空钎焊接头组织的影响[J]. 于治水,石昆,言智,李军,李瑞峰.  材料工程. 2010(10)
[5]镍基钎料钎焊GH586高温合金[J]. 李天文,郭万林,淮军锋.  材料工程. 2010(10)
[6]钎料厚度对不锈钢板翅结构抗拉强度影响的有限元分析与试验研究[J]. 巩建鸣,蒋文春.  真空科学与技术学报. 2010(05)
[7]纳米压痕法测量Cu膜的硬度和弹性模量[J]. 黎业生,汪伟.  金属学报. 2010(09)
[8]钎焊温度对304不锈钢板翅结构强度和微观组织的影响[J]. 蒋文春,巩建鸣,涂善东.  核动力工程. 2010(03)
[9]纳米压痕法研究80Au/20Sn焊料蠕变应力指数[J]. 张国尚,荆洪阳,徐连勇,魏军,韩永典.  焊接学报. 2009(08)
[10]采用BNi7钎料钎焊不锈钢接头的组织和性能[J]. 赵兴保,李宁,文玉华,滕劲.  焊接. 2009 (02)

博士论文
[1]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011
[2]微电子封装中无铅焊点的实验研究与可靠性分析[D]. 牛晓燕.太原理工大学 2009

硕士论文
[1]不锈钢钎焊接头高温强度的研究[D]. 史进.南京工业大学 2004



本文编号：3196941