CN104646848A - 一种用于钎焊不锈钢的钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于钎焊不锈钢的钎料及其制备方法，所述钎料的组成配方如下：33～37wt.%Fe、8～12wt.%Si、10～25wt.%Mn，余下为Ni。该钎料的制备是首先按配方称量各组分，然后放入真空电弧炉中，抽真空，充入氩气进行熔炼均匀。与现有技术相比，本发明所提供的此种钎料具有熔点较低，润湿性和填缝性好等优点，且用此钎料钎焊的不锈钢接头强度较高。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种钎焊不锈钢的新型钎料，具体说，是涉及一种不含B元素，钎料熔点低的Ni-Fe-Si-Mn四元钎料，属于钎焊技术领域。
背景技术
不锈钢具有良好的抗腐蚀性能、抗氧化性能和高温力学性能而广泛应用于航空航天、电子通讯、机械、能源、交通、仪器仪表等领域，如蜂窝结构、火箭发动机燃烧室、换热器。不锈钢可采用熔化焊和钎焊方法，然而，考虑到接头的实际及工作条件，一般采用钎焊的方法。钎焊是采用比母材熔点低的填充材料作钎料，将连接件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，借助钎料熔化填满母材间的间隙并与母材作用而形成冶金结合的一种方法，它具有连接温度低、热应力小等优点。
镍基钎料钎焊接头的耐腐蚀性和高温性能都优于其他钎料，特别适合不锈钢的钎焊。为降低熔点，钎料中一般含有B、Si、P等元素，以及为提高高温抗氧化性，加入Cr等元素。BNi-5钎焊不锈钢接头具有良好的抗腐蚀性能，然而其钎焊温度较高。BNi-2钎料钎焊接头具有较好的力学性能，钎焊温度适中，然而，接头的抗腐蚀性较差。特别是接头中含有B元素，B元素由于吸收中子的能力很强，在反应堆内部部件使用含B钎料时会降低钎焊部件的使用稳定性，可靠性。为此，各国学者都在开发一些新型钎料，以适应现代科学技术的需要。中国专利CN101450428B公开了一种不锈钢钎焊的Fe-Si-Ni镍基钎料，该钎料不含B元素，钎焊质量较好，但该钎料的熔点仍较高，达到1158℃，因此，需要较高的钎焊工艺参数进行钎焊，然而，较高的工艺参数不但使钎焊成本增加，且在钎焊过程中对母材的影响较大，为此，需要对此钎料进行改进，获得一种新的低熔点钎料。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种不含B元素、钎料熔点低的钎焊不锈钢的钎料，以满足钎焊不锈钢的技术要求。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于钎焊不锈钢的钎料，具有如下组成配方：33～37wt.%Fe、8～12wt.%Si、10～25wt.%Mn，余下为Ni。
作为一种优选方案，所述钎料具有如下组成配方：35wt.%Fe、10wt.%Si、10～25wt.%Mn，余下为Ni。
作为进一步优选方案，所述钎料具有如下组成配方：35wt.%Fe、10wt.%Si、10wt.%Mn、45wt.%Ni，或者35wt.%Fe、10wt.%Si、15wt.%Mn、40wt.%Ni，或者35wt.%Fe、10wt.%Si、20wt.%Mn、35wt.%Ni。
上述钎料的制备方法，包括如下步骤：按配方精确称取镍、铁、硅、锰，放入真空电弧熔炼炉中反复熔炼至均匀。
反复熔炼的次数推荐为4～7次。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明钎料与原有Fe-Ni-Si钎料相比，具有较低熔点，熔点可降低30-80℃；
2、本发明钎料与原有Fe-Ni-Si钎料相比，具有较好的润湿性和填缝能力；
3、使用本发明钎料钎焊的不锈钢接头具有较高强度。
附图说明
图1为本发明所得钎料的差热分析图谱；
图2为本发明所得钎料与现有技术中的钎料在1160℃下对不锈钢的润湿情况对比；
图3为本发明所得钎料在1100℃对不锈钢的润湿情况；
图4为利用本发明钎料钎焊后的不锈钢接头的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
分别称取40g的镍块、35g的铁块、10g的硅块和15g的锰块，放入电弧熔炼炉中，将电弧熔炼炉抽真空后，充入氩气，引燃电弧，使钎料熔化，反复熔炼5次，即得纽扣型的钎料合金锭，该合金锭的组成为：Ni40Fe35Si10Mn15；将所述合金锭放入真空甩带机中，即得箔带状的非晶态Ni-Fe-Si-Mn钎料，箔带厚度约为40μm。
将制得的钎料放入DSC差热分析仪中分析熔点，结果如图1所示：在温度达到1059.9℃时开始出现吸热峰，在1073.1℃时停止，并在1069.1℃达到峰值，因此可得知其熔点为1069.1℃。
采用316L不锈钢作为试验母材，将材料加工成四块长30mm×宽30mm×厚3mm的润湿件，分别取0.2g本实施例中所述钎料（Ni40Fe35Si10Mn15）和专利CN101450428B中所述钎料（Ni55Fe35Si10），分别在1160℃和1100℃条件下保温30min进行钎料的铺展性能测试，结果如图2和图3所示：当测试条件为1160℃/30min时，本实施例的钎料（Ni40Fe35Si10Mn15）的润湿铺展面积（如图2a所示）明显大于专利CN101450428B中所述钎料（Ni55Fe35Si10）的润湿铺展面积（如图2b所示）；当测试条件为1100℃/30min时，本实施例的钎料（Ni40Fe35Si10Mn15）的润湿情况如图3所示，而专利CN101450428B中所述钎料（Ni55Fe35Si10）因未达到熔点，因此未发生熔化和铺展。
使用本实施例制备的钎料（Ni40Fe35Si10Mn15）在钎焊温度为1100℃，保温时间为30min条件下对316L进行搭接试验，当钎缝间隙为自然间隙时，接头的抗剪强度可以达到350MPa。当钎缝间隙分别为自然间隙和100μm间隙时，所得钎焊接头的微观形貌图分别如图4a和图4b所示，可以看出：钎料与母材结合良好，无空洞和裂纹产生，特别是当钎缝间隙为自然间隙时，由于母材与钎料扩散溶解反应充分，焊缝中心的组织与原始钎料差异较大，接近母材的组织，这有利于获得高质量的接头。然而对于专利CN101450428B中所述的钎料（Ni55Fe35Si10），因其熔点在1158℃，而适合的钎焊温度是在高于熔点温度30～50℃。因此，本发明所述钎料可在较低温度下获得较高质量的接头，而现有技术不能实现，本发明相对于现有技术具有显著性进步。
最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于钎焊不锈钢的钎料，其特征在于，具有如下组成配方：33～37wt.%Fe、8～12wt.%Si、10～25wt.%Mn，余下为Ni。
2.如权利要求1所述的钎料，其特征在于，具有如下组成配方：35wt.%Fe、10wt.%Si、10～25wt.%Mn，余下为Ni。
3.如权利要求2所述的钎料，其特征在于，具有如下组成配方：35wt.%Fe、10wt.%Si、10wt.%Mn、45wt.%Ni。
4.如权利要求2所述的钎料，其特征在于，具有如下组成配方：35wt.%Fe、10wt.%Si、15wt.%Mn、40wt.%Ni。
5.如权利要求2所述的钎料，其特征在于，具有如下组成配方：35wt.%Fe、10wt.%Si、20wt.%Mn、35wt.%Ni。
6.一种制备权利要求1～5中任意一项所述钎料的方法，其特征在于，包括如下步骤：按配方精确称取镍、铁、硅、锰，放入真空电弧熔炼炉中反复熔炼至均匀。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：反复熔炼的次数为4～7次。
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