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摘 要

不锈钢/碳钢复合材料同时具有不锈钢的耐蚀性和碳钢的高强度，因此被广泛使用在船舶，车辆，汽车，建筑机械、管道等行业。其中不锈钢/碳钢冶金复合材料在工业生产过程中，仍然存在许多问题，例如：中间冶金层经常存在大量的氧化物和孔洞，导致不锈钢/碳钢复合材料的力学性能显著下降，无法满足使用的要求。

本文主要针对不锈钢/碳钢复合工艺进行研究，致力于解决中间冶金层中存在孔洞和氧化物等问题。主要采用感应钎焊和使用无水硼砂作为钎剂的方法，对不同工艺制备的试样进行金相显微组织分析和力学性能测试，主要结论如下：

（1）采用感应钎焊可以有效的防止不锈钢、碳钢和钎料在复合的过程中发生氧化。感应钎焊之后，经过马弗炉热处理可以有效的消除脆性相，从而提升冶金中间层的剪切强度，其剪切强度为134 MPa。

（2）硼砂的添加确实可以有效减缓不锈钢、碳钢和钎料的氧化。但蹦砂含量过多就会增加中间冶金层的脆性，易于产生裂纹，最终导致冶金层的剪切强度下降。因此硼砂加入量为10%左右时，可在保证力学性能的同时，对不锈钢、碳钢和钎料的氧化有一定的减缓作用。

关键词：不锈钢 碳钢 复合材料 钎焊

Study on bimetal composite technology of stainless steel/carbon steel

ABSTRACT

Stainless steel/carbon steel composite material has both corrosion resistance of stainless steel and high strength of carbon steel, so it is widely used in shipbuilding, vehicles, automobiles, construction machinery, pipelines and other industries.Among them, there are still many problems in the process of industrial production of stainless steel/carbon steel metallurgical composites. For example, there are often a lot of oxides and holes in the middle metallurgical layer, which leads to a significant decline in the mechanical properties of stainless steel/carbon steel composites, which cannot meet the requirements of use.

This paper focuses on the study of stainless steel/carbon steel composite process, and is committed to solving the problems of holes and oxides in the intermediate metallurgical layer.The main conclusions are as follows:

(1) induction brazing can effectively prevent oxidation of stainless steel, carbon steel and solder in the composite process.After induction brazing, the brittle phase can be effectively eliminated through muff furnace heat treatment, so as to improve the shear strength of metallurgical intermediate layer, whose shear strength is 134 MPa.

(2) the addition of borax can effectively slow down the oxidation of stainless steel, carbon steel and solder.However, too much sand skipping content will increase the brittleness of the intermediate metallurgical layer, which is easy to produce cracks, and eventually lead to the reduction of shear strength of the metallurgical layer.Therefore, when adding about 10% borax, the oxidation of stainless steel, carbon steel and solder can be slowed down to some extent while guaranteeing the mechanical properties.

Key words: stainless steel； carbon steel； composite； braze

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1不锈钢/碳钢复合材料 1

1.2不锈钢/碳钢复合工艺 1

1.3不锈钢/碳钢钎焊复合工艺 2

1.3.1钎焊的优点 2

1.3.2 钎焊的应用 3

1.3.3钎焊材料和钎剂材料 3

1.3.4碳钢和不锈钢钎焊性 3

1.3.5钎焊的影响因素 3

1.4不锈钢碳钢复合材料的应用 4

1.5我国钎焊发展现状 4

1.6研究目的和内容 4

第二章 实验部分 6

2.1实验材料和试剂 6

2.1.1实验材料 6

2.1.2实验试剂 7

2.2实验设备 7

2.3 实验方法 8

2.3.1钎料的制备 8

2.3.2 不锈钢/碳钢异种金属搭接 8

2.4.3感应加热钎焊 9

2.4.4马弗炉加热钎焊 9

2.4.5力学性能测试 9

2.4.6金相微观组织分析 10

第三章 实验结果与分析 11

3.1不锈钢/碳钢复合材料 11

3.1.1 金相显微组织分析 11

3.1.2 原因分析 12

3.2不同钎焊方法对复合材料组织及性能的影响 12

3.2.1 金相显微组织分析 12

3.2.1 力学性能测试 14

3.3硼砂含量对复合材料组织及性能的影响 16

3.3.1 金相显微组织分析 16

3.3.2 力学性能分析 17

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1不锈钢/碳钢复合材料

不锈钢因为能够耐腐蚀，生产生活中它不可缺少。因此，它在船舶，车辆，汽车，建筑机械，管道和家用电器中具有广泛的应用。但他的缺点是成本较高。碳钢具有高强度，广泛用于工具，磨具，机械零件，齿轮和车辆。但却不耐腐蚀，每年锈蚀量巨大。随着两种材料的消耗量逐年增加。一种新的材料的开发势在必行。这种材料需要既可以像碳钢一样坚硬韧性好，又可以像不锈钢那样耐腐蚀和美观。这便是不锈钢/碳钢复合材料。不锈钢/碳钢复合材料^[1-3]兼具不锈钢的耐腐蚀性和碳钢的美观和高强度性能。它已成为中国经济建设的主要支柱。在生产和生活中发挥着重要作用。不锈钢/碳钢复合材料的出现，打破了金属资源紧缺的僵局，为资源开采减轻了压力。节约了工作成本提高了企业利润，推动了社会经济的发展。现如今在航天，化工，管道，水利，电力等方方面面都有所应用。

1.2不锈钢/碳钢复合工艺

制备不锈钢/碳钢金属复合材料的方法有固相复合法^[4]和固液相复合法两种。固相复合法是指制造温度低于或等于基体金属的熔点。固相复合法可分为复合法和钎焊法。在此基础上，发展了包括射流沉积在内的铸造与轧制复合，自蔓延高温合成，逆凝固，电磁连铸等技术。目前固相复合法是主要的复合方法。下面是对固相复相法的详细介绍

（1）爆炸复合法^[5]引爆炸药，通过炸药爆炸产生的强力冲击，推动复板高速撞击基体，瞬间的冲撞破坏材料表面氧化膜，将新鲜金属暴露出来。在复合材料表面形成微观变形、熔合和波状特征的焊接区，实现新金属的焊接。该方法与传统方法的不同之处如下:一是可以合成物理化学性质不同的金属。第二，所需时间很短，复合过程中，很长时间后才在材料表面扩散，脆性金属化合物几乎不会生成，钛/钢、锆/钢等金属便可以使用爆炸复合法。第三，过表面不需要做特殊处理，冲击过程自动清理表面。第四，爆炸复合需要设备少而简单，可以投入生产使用。

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