3003铝合金钎焊用低熔点铝基钎料及钎焊技术研究

发布时间：2017-12-01 15:32

  本文关键词：3003铝合金钎焊用低熔点铝基钎料及钎焊技术研究

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【摘要】：3003铝合金为Al-Mn系防锈铝合金,具有加工性、抗蚀性及焊接性良好等优点,被广泛应用在航空航天、汽车、机械等领域。钎焊作为既精密又方便的连接方法,对铝合金件的连接意义重大,但铝基钎料的熔点较高,使得铝合金钎焊的应用受到限制。本文在Al-Si-Cu三元钎料的基础上,添加Zn元素希望降低钎料的熔化温度,提高铺展性和钎焊接头强度。采用正交试验的方法设计并制备出9种不同成分的钎料,对它们进行熔点测试、铺展性测试和微观组织观察,研究了Cu、Zn、Si含量对钎料组织和性能的影响,并对钎料成分加以优化,制备了Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)钎料。选取具有最优钎焊工艺特性的低熔点钎料Al-25Cu-5Zn-7.5Si(7#)和Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)对3003铝合金进行了钎焊连接试验,分析了不同的钎焊温度和保温时间工艺对钎焊接头组织和性能的影响规律。结果表明,Cu、Zn元素对钎料合金熔化特性的影响最大,提高它们的含量都能显著降低钎料的固、液相线温度,但是与Cu元素相反,Zn元素含量越高,钎料的熔化区间越大;一定范围内提高Cu、Zn、Si元素的含量对钎料的铺展性都是有利的。新型Al-Si-Cu-Zn钎料主要由三种相构成:α(Al)固溶体基体、枝晶间不连续分布的第二相θ(Al2Cu)和弥散分布的针状/块状Si相。θ(Al2Cu)相和Si相是脆性相,当Cu、Zn元素含量都较高时会使它们的晶粒变得粗大,且钎料中的共晶组织明显减少。比较采用两种不同钎料的钎焊接头,发现Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)钎料优势明显。钎焊接头由钎缝中心区和两侧扩散区组成,钎缝中心区共有α(Al)固溶体基体、沿固溶体晶界不连续网状分布的θ(Al2Cu)、细针/块状的Si相和细小的Al Fe Mn Si四个相,扩散区由靠近母材的元素扩散层和向钎缝中心齿状生长α(Al)固溶体层组成。采用Al-20Cu-10Zn-7.5Si(10#)钎料,当钎焊温度从540℃提高到580℃(保温时间为20 min)或保温时间从10 min延长到60 min(钎焊温度为550℃),钎缝整体宽度增加,钎缝中心区的各相晶粒变大,其中α(Al)固溶体所占面积比例显著增加,扩散区齿状α(Al)固溶体层逐渐增厚,钎料与母材间的界面结合能力得到增强;室温下钎焊接头的抗剪强度先上升后下降。570℃保温20 min时,接头的抗剪强度达到最大值70.8 MPa,约为3003铝合金母材强度的53.3%。钎焊接头的断裂失效都源于α(Al)固溶体(钎缝中心区或扩散区)晶界处不连续分布的脆性相。裂纹主要沿着基体相和脆性相的界面进行扩展,接头剪切断口整体呈现韧性-脆性混合断裂特征。从母材到钎缝中心,α(Al)固溶体的硬度越来越大。钎缝中不可避免的存在一些气孔、夹渣缺陷以及可以通过选择合适的钎焊工艺有效避免的未焊透和熔蚀缺陷。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454

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本文编号：1241602