Fe3Al/18-8异种材料扩散焊的界面反应大宇扩散焊机

1 试验材料及方法 

试验材料为Fe3Al金属间化合物和18-8奥氏体不锈钢。其中Fe3Al是经过真空感应炉熔炼后制成的板材，化学成分和热物理性能见表1。采用线切割方法将Fe3Al和18-8不锈钢分别切成100×20×20mm3和100×20×8mm3的待焊试板。 

焊前首先采用机械打磨和化学清洗方法将Fe3Al和18-8钢待焊试板表面的铁锈、杂质和氧化膜去除。然后将两试板迭合在一起，放入WorkhorseⅡ型扩散焊设备的真空室中，上下表面各放置一片云母，以防止试样与压头的粘结。焊接过程中采用电阻辐射加热，扩散焊工艺参数为：加热温度1000~1080℃，保温时间15~80min，焊接压力15MPa，真空度4.0×10－4 Pa。 

焊后采用线切割方法从试件上切取Fe3Al/18-8扩散焊接头并制备成金相试样，用王水溶液进行腐蚀。采用JXA-840扫描电镜分析Fe3Al/18-8扩散焊界面附近的结构特征；采用JXA-8800R电子探针（EPMA）分析Fe3Al/18-8界面扩散反应层的成分；根据布加科夫（B.E.Eyrakob）提出的元素扩散距离与时间之间的抛物线规律研究Fe3Al/18-8界面扩散反应层的生长规律。 



表1    Fe3Al金属间化合物的化学成分及热物理性能 

化学成分 (质量分数, %) 
 
Fe 
 Al 
 Cr 
 Nb 
 Zr 
 B 
 Ce 
 
80.2 
 15.7 
 1.5 
 2.1 
 0.3 
 0.1 
 0.2 
 
热物理性能 
 
结构 
 有序临界温度 

T /℃ 
 杨氏模量 

G /GPa 
 熔点 

 T /℃ 
 热膨胀系数 

 α /10-6·K-1 
 密度 

ρ /g·cm-3 
 抗拉强度

σb /MPa 
 伸长率

δ (%) 
 硬度 

HRC 
 
DO3 
 540 
 140 
 1540 
 11.5 
 6.7 
 455 
 3 
 ≥29 
 
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 

  

基金项目: *家自然科学基金资助项目(50375088), 山东省自然科学基金资助项目(Y2003F05) 



2 结果与讨论 

  

2.1 界面扩散反应层的组织结构 

Fe3Al与18-8钢扩散焊时，在工艺参数（T，t，P）和浓度梯度的综合作用下，母材中的元素不断向接触界面扩散。当达到一定浓度时，元素之间发生扩散反应，在接触界面附近形成具有不同于母材组织结构的扩散反应层。图1示出不同工艺参数下Fe3Al/18-8界面扩散反应层的特征。