钢恒温超塑焊接过程中原子的动态扩散行为
3.扩散连接
用这种新的热加工方法可以制造钛合金 薄壁复杂结构件（飞机大型壁板、翼梁、舱 门、发动机叶片），并已经在航天、航空领 域得到应用，如波音747飞机上有70多个 钛合金结构件就是应用这种方法制造的。用 这种方法制成的结构件，与常规方法相比质 量小，刚度大，可减轻质量30％，降低成 本50％，提高加工效率20倍.
特点
无铸造组织，无熔焊缺陷；实现难焊材料的 连接；精度高，变形小；可进行大面积板及圆 柱的连接；采用中间层可减少残余应力。 无法进行连续式批量生产；时间长，成本高； 接合表面要求严格；投资大，工件尺寸受到限 制。 2014-2-16 2
扩散连接可以分为直接扩散连接和添加中间层的 扩散连接； 从是否产生液相角度又可分为固相扩散连接和液 相扩散连接； 从连接环境上，还可分为真空扩散连接和保护气 氛环境下的扩散连接。
扩 散 连 接
diffusion bonding
扩散连接特别适合异种金属材料、陶瓷、 金属间化合物、非晶态及单晶合金等新材料 的接合 广泛应用于航空、航天、仪表及电子等 国防部门，并逐步扩展到机械、化工及汽车 制造等领域
定义
相互接触的材料表面，在高温和压力的作用 下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形， 原子间产生相互扩散，在界面形成了新的扩散 层，从而形成可靠连接的接头。
扩散连接一般在真空、不活性气体（Ar、 N2）或大气气氛环境下进行。一般来说， 真空扩散连接的接头强度高于在不活性气 体和空气中连接的接头强度。计算和实验 结果表明，真空室内的真空度在常用的规 范范围内（1.33～1.33×10-3Pa），就 足以保证连接表面达到一定的清洁度，从 而确保实现可靠连接。
5
(2)接触表面激活阶段 不同材料的原子在 高温下相互扩散，晶 界发生迁移及微小孔 洞消失，在界面形成 不连续的结合层。
材料成型基本原理课后答案
第十三章思考与练习简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。
答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。
滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。
孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。
在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。
设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发生滑移？为什么？答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向，而Ⅱ接近硬取向。
试分析多晶体塑性变形的特点。
答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。
②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。
③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。
④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。
金属的塑性越好。
4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。
金属的塑性越好。
5. 合金的塑性变形有何特点？答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。
单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用，多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。
但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。
根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显着的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。
异种材料扩散连接综述
异种材料扩散连接综述摘要：扩散焊是将两个被连接件紧压在一起置于真空或保护性气体中加热，使两个连接件表面微观凸凹不平处产生塑性变形。
从而达到紧密接触，再经保温，原子间相互扩散而形成良好的冶金连接的一种固相焊接方法。
本文主要介绍钢-铜异种材料扩散连接的方法过程和特点。
关键词：异种材料；扩散连接；固相焊接1、引言扩散连接技术出现于上世纪年代初，这一焊接方法不仅能够获得同种金属和合金的牢固接头，而且能够获得异种金属和合金的牢固接头，尤其是在航空、航天领域利用扩散焊技术可以解决许多新材料的连接问题。
随着我国航空技术的发展，扩散焊技术的研究和应用也在不断发展，年代实现了同种金属和合金的扩散焊技术应用，目前我国运用扩散焊技术解决异种材料连接已经在航空产品上得到一定程度的应用[1]。
2、扩散连接技术的原理扩散连接（diffusion bonding）是指相互接触的表面，在温度和压力的作用下，被连接材料表面相互靠近、相互接触，局部发生塑性变形，经一定时间结合层原子间相互扩散，在接头焊缝中形成了新的扩散反应层，而形成整体可靠的连接过程。
为了获得优质的焊接接头，必须保证焊接材料不受空气的影响，扩散焊时需在真空或惰性气体保护介质中进行，目前真空扩散焊应用最多。
真空扩散焊是在真空氛围中金属不熔化的条件下通过原子之间的相互扩散并通过原子之间的引力形成新的金属键，从而获得一定强度的焊接接头。
薄膜学说、能量学说、位错理论、再结晶理论等这些扩散连接机理非常复杂[2]。
扩散焊分为固相扩散焊和瞬时液相扩散焊，这取决于焊接过程中所加的压力能否使基体材料表面产生塑性变形，例如超塑性成形扩散焊、常规固相扩散焊、热等静压扩散焊等。
超塑性成形扩散连接技术是针对在高温下金属材料具有超塑性，且金属材料这种超塑性成形温度与扩散焊加热温度很接近，并在压力较低、温度较高和一定的真空环境氛围中进行。
热等静压扩散技术是指从各个方向对待连接材料均匀施加一定压力，在一定温度和真空环境中，通过原子间的相互扩散反应形成焊接接头的一种固相扩散连接方法；扩散连接分为加中间层和不加中间层的连接。
金属冶炼中的扩散与固溶行为
扩散：金属元 素在熔体中的 迁移过程，影 响金属的熔炼
和凝固
固溶：金属元 素在熔体中的 溶解过程，影 响金属的熔炼
和凝固
扩散与固溶的 相互作用：影 响金属的熔炼 和凝固，影响 金属的性质和
性能
扩散与固溶对 金属冶炼的影 响：影响金属 的熔炼和凝固， 影响金属的性 质和性能，影 响金属的加工
和成型
扩散与固溶在金 属冶炼中的实际 应用案例
扩散的种类和影响因素
扩散种类： 包括自扩 散、互扩 散和杂质 扩散
影响因素： 温度、压 力、浓度 梯度、晶 体结构、 杂质浓度 等
扩散速率： 与温度、 浓度梯度、 晶体结构 等因素有 关
扩散机制： 包括空位 机制、间 隙机制和 替位机制
扩散现象： 包括晶界 扩散、晶 格扩散和 表面扩散 等
扩散应用： 在金属冶 炼、半导 体制造等 领域有广 泛应用
固溶体的应用：固溶体广泛应 用于合金材料中，提高材料的 性能和稳定性
固溶的种类和影响因素
固溶种类：固溶体、金属间化合物、 金属间化合物固溶体
固溶作用：提高金属的强度、硬度、 耐磨性、耐腐蚀性等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
影响因素：温度、压力、时间、合 金成分、晶格常数、晶格缺陷等
固溶机理：原子扩散、位错运动、 晶格畸变等
扩散在金属冶炼中的应用
合金化：通过扩散使不同金属 元素均匀混合，形成合金
晶粒生长：通过扩散使晶粒长 大，提高金属的强度和韧性
相变：通过扩散使金属中的相 变发生，形成新的相
缺陷修复：通过扩散使金属中 的缺陷得到修复，提高金属的 稳定性和可靠性
扩散过程的控制因素
温度：温度越 高，扩散速度
越快
扩散连接原理
图7一6 扩散连接初期表面粗 糙度的下降
图7-7 钢扩散连接接头拉伸断口 的徽观形貌
(T=800℃，t =4min，P=16MPa)
图7一7为Cu短时扩散连 接接多拉伸断口形貌，图中 黑 色区域为未实现连接的区域 ，白色带状区域为连接好的 区域拉伸时形成的韧窝。材 料不同时，上述特征也会发 生变化。图7-8为钛、铁、不 锈钢和铝短时扩散连接后的 断口形貌，可以看出Ti、Fe 和不锈钢与Cu的情况类似， 但A1的断口上未能观察到连 接区，表明Al较难连接。
为了加速连接过程、降低对连接表面加工精度的要求 ，防止连接异种材料时产主低熔点共晶液相和脆性中间金 属间化合物等不利的冶金反应，减少或消除因线膨胀差异 引起的残余应力，采取在被连接材料之间加人另一种材料 的方法，如图7一2(c)，(d)所示。这种方法称为加中间扩散 夹层的扩散连接。
7.1 .3 扩散连接的研究与应用
这些新方法，不仅大大拓宽了扩散连接的适用范国. 促进了本身的发展，而且还解决了弥散强化的高温合金
蜗轮叶片、超音速飞机中钦合金构件的连接问题，使钛 合金在宇航工业中的应用取得了重要突破，获得了重大的 经济效益。特别是近年来随着各种新型结构材料(如陶瓷、 复合材料、金属间化合物等)的迅猛发展，在国际上又掀 起了扩散连接研究与应用的又一个高潮。
由于扩散连接所具的上述优点，因此，在发展初期 就受到国内外科学家们的高度重视。在20世纪20一30 年代就成为了日臻成熟与完善的连接方法。在发达国家， 扩散连接在尖端科学技术部门起着十分重要的作用，且扩 散连接已发展为一种高生产率的、在众多企业中获得广泛 应用的连接技术。50年代研究成功的瞬间液相扩散连接 获得美国专利70年代又开发了超塑性成形一扩散连接。
(2)扩散、晶界迁移和孔洞消失 与第一阶段的变形机制相比，该阶段中扩散的作用
超塑性成形与扩散连接技术PPT课件
图2所示为F-15型飞机的原装配式 龙骨结构件，上有75个零件，1420 个铆钉，需十几套模具、2套装配 夹具。后改用SPF／DB结构件，只 需4个零件、71个连接件，2套模具， 无需夹具。整个结构质量减轻25％， 总成本降低77％，其中工具成本降 低16％。
图3所示力F-15型飞机机身背部2块大 型壁板，长3048mm，宽1143mm。图 3(a)为原结构，是由蒙皮、隔框、桁 条组成的典型结构；现改用sPF／DB结 构，只需4块sPF／DB壁板，减少了9个 隔框、10根桁条、150个零件和5000个 铆钉，总质量减轻38．4％，总成本降 低53．4％。图4、图5为SPF／DB技术 在其他飞行器上的典型应用[嚣灌一 503。
①可以使以往由许多零件经机械连接或焊接组装在一起的 大构件成形为大型整体结构件，极大地减少了零件和工装数 量，缩短了制造周期，降低了制造成本； ②可以为设计人员提供更大的自由度，设计出更合理 的结构，进一步提高结构承载效率，减轻结构件质量； ③采用这种技术制造的结构件整体性好，材料在扩散 连接后的界面完全消失，使整个结构成为一个整体， 极大地提高了结构的抗疲劳和抗腐蚀特性； ④材料在超塑成形过程中可承受很大的变形而不破裂，所以 可成形很复杂的结构件，这是用常规的冷成形方法根本做不 到或需多次成形方能实现的。
· 超塑性板材气胀成形、等温锻造、超塑挤压
及差温拉伸等。超塑成形技术(SPF)的应用范围已经 发展到锌铝合金、铝合金、钛合金、铜合金、镁合 金、镍基合金以及黑色金属材料，现又扩展到陶瓷 材料、复合材料、金属间化合物等近几十年来金属 超塑性已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。
· 超塑性材料正以其优异的变形性能和材质均匀等特 点在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、 仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到 了不可替代 的作用。
扩散焊接的原理
扩散焊接的原理
扩散焊接（Diffusion Welding）是一种特殊的无填料焊接方法，它在两件高熔点金属材料间形成连接，并利用其熔融温度差和原子扩散过程形成金属之间的连接。
扩散焊接可以将两件金属材料完全融合在一起，使用不需要填料、能够实现低温焊接的优势。
它的原理是利用两件接头表面的金属原子互相扩散，当接头内部的金属原子扩散足够多之后，就会出现金属之间的连接，使得两件金属材料完全融合在一起。
在扩散焊接的过程中，两件金属材料之间会先形成一层“溶解膜”，该膜由金属材料的原子构成，在膜中原子会发生交换，这也是原子扩散的过程。
当溶解膜形成之后，就会出现金属之间的连接，使得两件金属材料完全融合在一起。
在扩散焊接过程中，接头表面必须要有足够的贴合度，并且接头表面的原子密度要比金属内部的原子密度高，以促进原子的扩散。
此外，还需要预先调节接头表面的粗糙度，以促进金属之间的连接。
扩散焊接的优势在于可以在短时间内达到高强度的连接，而且不需要考虑填料的问题，具有较高的焊接效率。
另外，它还可以避免焊接表面的氧化反应，因此可以得到更高的焊接质量。
然而，扩散焊接也有其局限性，例如它只能在温度较低的情况下进行，另外，由于它的原子扩散过程，它只能用于金属材料之间，而不能用于金属和其他材料之间的连接。
总的来说，扩散焊接是一种特殊的无填料焊接方法，它利用其熔融温度差和原子扩散过程，可以将两件金属材料完全融合在一起。
它具有高强度、低温、高焊接效率、质量高等优点，但是它也有一定的局限性，例如只能用于金属材料之间，而不能用于金属和其他材料之间的连接。
北航物理冶金原理5-扩散
Vacancy Mechanism:
Diffusion of Substitutional Solute Atoms
空位机制：置换式溶质原子
（置换式原子的扩散就是空位的反向运动）
空位机制：置换式溶质原子
（置换式原子的扩散就是空位的反向运动）
间隙机制：间隙溶质原子 Interstitial Mechanism: Diffusion of Interstitial Atoms
• Up-Hill Diffusion 上坡扩散 • 过炮和固溶体的调幅分解
Kirkendall效应 （ Kirkendall Effect）
Molybdenum Wire Copper Brass （Cu-Zn Alloy）
DZn > Dcu
扩散的微观机制
（Mechanisms of Diffusion）
• 扩散必须有驱动力（浓度梯度、化 学位梯度、应变能梯度、表面能梯 度）
扩散对材料科学与工程的意义
材料合成、加工制备、使用过程就是控制扩散 的过程：
• 固态相变与热处理过程：完全依靠原子扩散 • 凝固加工（铸造、焊接、…….) • 材料热加工（热锻、热轧、热挤压, ……) • 材料的高温力学性能与氧化、腐蚀性能： • 粉末冶金烧结： • 表面化学热处理与表面渗工艺， • 扩散连接, …….
J = －D (dc/dx)
扩散通量J：g/cm2.s 扩散系数 D: cm2/s
D ＝ Do exp (-Q/RT)
菲克第二定律 Fick’s Second Law
菲克第二定律 Fick’s Second Law
扩散系数
D = Do e-Q/kT
Ln D = ln Do－Q/kT
焊接过程中的元素迁移与扩散行为研究
焊接过程中的元素迁移与扩散行为研究焊接是一种常见的金属加工方法，通过高温加热，使金属材料熔化并连接在一起。
在焊接过程中，元素迁移和扩散行为是一个重要的研究领域。
本文将探讨焊接过程中的元素迁移和扩散行为，并分析其对焊接质量和性能的影响。
在焊接过程中，高温下的金属熔池中，元素迁移和扩散是不可避免的现象。
元素迁移是指在焊接过程中，由于热量和流动力的作用，金属材料中的元素会从一个区域迁移到另一个区域。
而元素扩散则是指元素在金属材料中的自由运动，从高浓度区域向低浓度区域扩散。
元素迁移和扩散行为对焊接质量和性能有着重要的影响。
首先，元素的迁移和扩散会导致焊接接头中的成分变化，从而改变了焊接接头的化学成分。
这可能导致焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面的变化。
其次，元素的迁移和扩散还会影响焊接接头的晶体结构和晶界特性。
这可能导致焊接接头在应力下产生晶界腐蚀、晶界断裂等问题。
为了更好地理解焊接过程中的元素迁移和扩散行为，研究人员进行了大量的实验和理论研究。
实验上，他们通过使用高分辨率的电子显微镜和化学分析技术，观察和分析焊接接头中元素的分布和变化。
理论上，他们建立了各种模型和数学方程，用于描述元素迁移和扩散的机制和规律。
研究结果表明，焊接过程中的元素迁移和扩散行为受多种因素的影响。
首先，焊接温度是影响元素迁移和扩散的关键因素。
较高的焊接温度会加速元素的迁移和扩散速率。
其次，焊接材料的化学成分和晶体结构也会影响元素迁移和扩散的行为。
不同材料之间的化学反应和晶体缺陷会改变元素迁移和扩散的路径和速率。
此外，焊接过程中的焊接速度、焊接压力以及焊接气氛等因素也会影响元素迁移和扩散的行为。
例如，较高的焊接速度和压力可能会导致元素迁移和扩散的不均匀性，从而影响焊接接头的质量。
而不适当的焊接气氛可能会引入杂质元素，进一步影响焊接接头的性能。
综上所述，焊接过程中的元素迁移和扩散行为是一个复杂而重要的研究领域。
深入研究元素迁移和扩散的机制和规律，对于提高焊接接头的质量和性能具有重要意义。
扩散焊
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（1）扩散焊的接头形式设计
• 扩散焊接头的形式
比熔化焊类型多，
可进行复杂形状的
接合，如平板、圆
管、中空、T形及蜂
2020/窝4/5 结构均可进行扩
13
异种金属特种焊接方法之 扩散焊
• 过厚的中间层焊后会以层状残留在界面区，影响接 头的物理、化学和力学性能。
• 中间层厚度在30~100μm时，以箔片的形式夹在待
焊接表面间。
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（3）阻焊剂
扩散焊时为了防止压头与焊件或焊件之间某些区域被 扩散焊粘接在一起，需加阻焊剂。
1）熔点或软化点应高于焊接温度；
扩散焊
（3）中间层材料及选择
• 为了促进扩散焊过程的进行，降低扩散焊温度、 时间、压力和提高接头性能，扩散焊时可在待焊 接材料之间插入中间层。
• 中间层材料的特点 • 中间层的选用 • 阻焊剂
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（1）中间层材料的特点
1）容易发生塑性变形；含有加速扩散的元素，如 B、Be、Si等。
2．钢与钛的扩散焊接
• 采用扩散焊方法焊接钢与钛及钛合金时，应 添加中间层或复合填充材料。
• 中间层材料一般是V、Nb、Ta、Mo、Cu等， 复合填充材料有：V+Cu、Cu+Ni、 V+Cu+Ni以及Ta和青铜等。
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
3．钢与铜及铜合金扩散焊接
扩散焊接
中间层选择原则
1）容易塑性变形，熔点比母材低。 2）物理化学性能与母材的差异比被连接材 料之间的差异小。 3）不与母材产生不良的冶金反应，如不产 生脆性相或不希望出的共晶相。 4）不引起接头的电化学腐蚀。
扩散连接的设备
扩散连接是在一定的温度和压力下，经过一定的 时间，连接界面原子间相互扩散，实现可靠的连 接。在焊接时，必须保证连接面及被焊金属不受 空气的影响，才能保证得到优质的接头。一般情 况下，必须在真空或惰性气体介质中进行。现在 应用最多的方法是真空扩散连接，它可以焊接活 性金属，也可以焊接一般金属与非金属。真空扩 散连接可以用高频、辐射、接触电阻、电子束及 辉光放电等方法，对工件进行局部或整体加热。
中间层的作用
可以降低连接温度，减少扩散连接时间。例如， Mo直接扩散连接时，连接温度为1260℃，而采 用Ti箔作中间层，连接温度只需要930℃。 控制接头应力，提高接头强度。异种材料连接时， 由于材料物理化学性能的突变，特别是因热膨胀 系数不同，接头易产生很大的热应力。选取兼有 两种母材性能的材料作中间层，形成梯度接头， 避免或减少界面的热应力，从而提高接头强度。
扩散连接技术
近年来，新材料在生产中应用，经常遇到这些材料本 身或与其他材料的连接问题。一些新材料如陶瓷、金 属间化合物、非晶态材料及单晶合金等等可焊性差， 用传统熔焊方法，很难实现可靠的连接。随着技术的 发展，一些特殊的高性能构件的制造，往往要求把性 能差别较大的异种材料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛 与钢、金属与玻璃等连接在一起，这也是传统熔焊方 法难以实现的，现在不但要连接金属，而且要连接非 金属，或金属与非金属。因此，连接所涉及的范围远 远超出传统熔焊的概念。为了适应这种要求，近年来 作为固相连接的方法之一扩散连接技术引起人们的重 视，成为连接领域新的研究热点，正在飞速发展。这 种技术已广泛用于航天、航空、仪表及电子等国防部 门，并逐步扩展到机械、化工及汽车制造等领域。
扩散连接原理ppt课件
• 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为 40um左右。
• 焊接时间短。 • 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接
，也适合于室内焊接。 • 接头质量可靠。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
• 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加 上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热 ，直至中间层材料液化和填满间隙。
• 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后， 进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
• 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均 匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续 保温扩散来完成。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
适用范围：
• 两母材都具有超塑性； • 可以是只有一边母材具有超塑性； • 或两母材均不具有超塑性时，只要插入具有超塑
性特性的材料作为中间层，就可以实现超塑性连 接。 • 应用领域： 难焊的有色合金之间
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间 化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工 业、能源、化工及机械制造
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
锻前高温扩散-概述说明以及解释
锻前高温扩散-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以介绍锻前高温扩散的基本概念和背景。
以下是一个可能的写作示例：在金属材料的热加工过程中，锻前高温扩散是一个重要的现象。
它指的是在金属材料在高温下，在进行锻造之前，晶界和晶内发生的原子扩散现象。
锻前高温扩散的发生对于金属材料的结构和性能具有重要影响。
高温下的原子扩散是固体材料中的基本运动之一。
在这种情况下，由于原子之间的热振动，原子在晶体中可以从一位置迁移到另一位置，从而使得原子在晶界和晶内进行扩散。
锻前高温扩散的主要驱动力是热激活能，即原子克服位阻所需的能量。
锻前高温扩散对于金属材料的性能和工艺具有重要影响。
首先，扩散现象会导致晶界的粗化和晶粒长大，从而改变材料的晶粒结构。
这种晶界和晶粒的变化会影响材料的力学性能，如强度、韧性和塑性。
其次，高温下的扩散还会影响金属材料的化学成分分布，特别是对于合金材料来说，不均匀的化学成分分布可能会导致材料的局部组织和性能差异。
此外，锻前高温扩散还会影响材料的晶体缺陷结构，如点缺陷、间隙和位错等。
为了更好地了解和控制锻前高温扩散对金属材料性能的影响，许多研究围绕着该现象展开。
其中包括实验研究和数值模拟等方面的工作。
通过这些研究，人们对锻前高温扩散的机制、影响因素以及相应的调控方法有了更深入的理解。
因此，深入研究和理解锻前高温扩散的重要性不仅对于改进金属材料的加工工艺和性能有着重要意义，也为进一步提高金属材料的性能与应用提供了新的思路和方法。
在本文中，我们将详细探讨锻前高温扩散的定义、影响因素，并总结其重要性。
此外，我们还将展望未来研究方向，以期为进一步推动这一领域的发展做出贡献。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分的内容应该对整篇文章的结构进行简要介绍，让读者对文章的组织和内容有一个清晰的认识。
本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
分子扩散焊接
分子扩散焊接
扩散焊接（DiffusionWelding，简称 DW）是一种特殊的无接头连接方式，它以非常高的温度将焊接材料压在一起，然后在本体层间进行热扩散，形成连接。
DW 把金属原子（原子核）在双接头材料中间形成混晶，即产生了原子扩散，从而实现无接头连接，被誉为结构强度最高，机械性能最佳的连接技术。
DW 具有非常多的优点：
1、可实现无接头的连接，能实现表面处理，连接完全一致。
2、连接极其牢固，可以无限次开启关闭。
3、安全可靠，无易燃、易爆和有毒有害气体的产生，也不会损伤焊缝和接头。
4、连接方式灵活，可满足多种不同长度和角度的连接要求。
5、可以在特殊的条件下使用，极大地满足工程中的使用需求。
二、DW 的原理
DW的原理是利用接头熔融池中形成的化学反应，将焊接材料的原子扩散，实现两种材料的连接。
DW 的过程中，金属原子在双接头材料中间形成混晶，原子层层堆积的过程就是热力学扩散，因而在连接点形成一定数量的熔融状态，然后两接头之间的熔融池发生微小的变形，从而使接头熔融池产生融合。
三、DW 的过程
DW 的过程分为四个阶段：
1、焊前准备：在焊接之前，应进行熔焊接头的材料选择、清洁
处理、校准、检查等。
2、热处理：热处理是 DW 过程中最重要的，热处理分两种：一种是在常温下进行热处理，另一种是在中高温下进行热处理。
3、挤压过程：挤压过程是将原料压在一起，以超高温使焊接材料发生晶体转变，实现原子迁移，形成混晶。
4、淬火处理：在 DW 过程中，金属接头会受到充足的热处理，因此，需要在最后进行淬火处理以提高构件半导体性能。
扩散焊原理问题回答
扩散焊原理
扩散焊是一种常用的金属连接方法，它利用高温下金属原子间的扩散作用，将两个金属材料永久性地连接在一起。
其原理可以概括为以下几个步骤：
1. 清洁表面：在进行扩散焊接之前，需要对要连接的金属材料表面进行彻底清洁。
这是因为任何污垢、氧化物或其他杂质都会影响焊接的强度和质量。
2. 加热：将要焊接的金属材料加热到足够高的温度。
这通常需要使用火炬或其他加热设备，并且需要根据不同类型的金属材料和要求来确定合适的加热温度。
3. 扩散：当金属材料被加热到足够高温度时，其原子开始扩散。
这意味着它们会从一个位置移动到另一个位置，并且会与相邻原子相互作用。
4. 形成合金：当两个金属材料被加热并且原子开始扩散时，它们最终会形成一个混合物或合金。
这是因为它们中的原子会相互作用，并且在高温下会形成一种新的材料。
5. 冷却：一旦合金形成，需要将其冷却到室温。
这通常需要使用冷却液或其他方法来控制冷却速度，以确保焊接的质量和强度。
总体来说，扩散焊是一种非常有效的金属连接方法。
它可以产生非常强大和持久的连接，并且可以用于许多不同类型的金属材料。
但是，它需要高温和精确控制，因此需要经验丰富的专业人士来操作。
钢激光淬火后固态焊接过程中的原子扩散
钢激光淬火后固态焊接过程中的原子扩散
杨蕴林;王长生;赵宁;马洪涛;王文焱
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2005(013)002
【摘要】40Cr/T10A钢经激光表面淬火预处理后,在56.6 MPa预压应力下,加热至780℃保温7.5 min后即可实现高质量的固态焊接.对接头区组织、成分、显微硬度的观测表明,焊接过程中发生了C向40Cr侧、Cr向T1OA侧的互扩散和反应扩散.激光淬火组织的超细化、淬火组织在焊接加热过程中的扩散型相变、以及预压力下的塑性变形均为原子的快速扩散提供了条件.
【总页数】3页(P215-216,221)
【作者】杨蕴林;王长生;赵宁;马洪涛;王文焱
【作者单位】河南科技大学,材料科学与工程学院,河南,洛阳,471003;河南科技大学,材料科学与工程学院,河南,洛阳,471003;河南科技大学,材料科学与工程学院,河南,洛阳,471003;东莞新科磁电制品厂VPDE部,广东,东莞,523087;河南科技大学,材料科学与工程学院,河南,洛阳,471003
【正文语种】中文
【中图分类】TG453
【相关文献】
1.激光淬火后40Cr与Cr12MoV固态焊接的工艺研究 [J], 王冰莹;张俊;王文慧
2.纯铜与不锈钢扩散焊接头性能及原子扩散动态解析 [J], 刘树英
3.激光淬火预处理后40Cr/T10A钢的固相焊接 [J], 杨蕴林;赵宁;马奎;王长生
4.A—P异种钢焊接熔合区中置换式原子扩散的计算和测定 [J], 潘春旭;王仁卉
5.40Cr/QCr0.5超塑性固态焊接过程中的原子扩散 [J], 韩彩霞;陈安民
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扩散焊
• 为了促进扩散焊过程的进行，降低扩散焊温度、时间、压力和提 高接头性能，扩散焊时可在待焊接材料之间插入中间层。
• 中间层材料的特点 • 中间层的选用 • 阻焊剂
异种金属特种焊接方法之扩散焊
（1）中间层材料的特点
1）容易发生塑性变形；含有加速扩散的元素，如B、Be、Si等。 2）物理化学性能与母材的差异较被焊材料之间的差异小；不与母
• 1. 钢与铝的扩散焊 • 2．钢与钛的扩散焊接 • 3．钢与铜及铜合金扩散焊接 • 4．不锈钢与钼扩散焊
异种金属特种焊接方法之扩散焊
1. 钢与铝的扩散焊
• 钢与铝及铝合金进行扩散焊的主要问题是焊接界面附近易形成 Fe-Al金属间化合物，使接头强度下降。
• 可采用增加中间过渡层的方法获得牢固的接头。 • 一般可选用Cu和Ni。 • 合金元素Mg、Si及Cu对钢与铝扩散焊接头的强度影响很大。
焊工技师、高级技师培训
7-7 异种金属特种焊接方法—扩散焊
异种金属特种焊接方法之扩散焊
一、扩散焊概述
• 扩散焊（DFW）是将紧密接触的焊件置于真空或保护气氛中，并在
一定温度和压力下保持一段时间，使接触界面之间的原子相互扩散 而实现可靠连接的一种固相焊接方法。
异种金属特种焊接方法之扩散焊
1.扩散焊的基本原理
异种金属特种焊接方法之扩散焊
1.按照真空度分类
• 根据工作空间所能达到的真空度或极限真空度，可以把扩散焊设备 分为四类，即低真空（0.1Pa以上）、中真空（0. l Pa～10-3 Pa） 、高真空（＜10-5Pa）焊机和低压、高压保护气体扩散焊机。
• 根据焊件在真空中所处的情况，可分为焊件全部处在真空中的焊机 和局部真空焊机。
扩散焊 原理
扩散焊原理扩散焊原理扩散焊是一种常用的金属焊接方法，其原理是利用材料的扩散性质，在高温下使金属材料发生互扩散，从而实现焊接的目的。
扩散焊广泛应用于电子、航空航天、汽车制造等领域，具有焊缝强度高、焊接质量稳定等优点。
扩散焊的原理主要包括扩散和金属间化合物形成两个方面。
首先是扩散过程。
在扩散焊接过程中，焊接材料经过高温加热，使金属表面的晶粒处于活动状态。
当两个金属材料接触时，由于晶粒中存在空隙和缺陷，使得原子能够从一个晶粒扩散到另一个晶粒。
扩散是非常重要的，它使得两个金属材料之间的原子能够互相交换位置，从而实现了焊接的目的。
其次是金属间化合物形成。
在扩散焊接过程中，由于金属表面活性，原子在高温下容易发生化学反应。
当两个金属材料接触时，金属表面的原子会与周围的原子发生反应，形成一种新的化合物。
这种化合物在焊接接头中起到了很好的增强作用，提高了焊接接头的强度和稳定性。
扩散焊的实施过程主要包括准备工作、加热和冷却三个步骤。
首先是准备工作。
在进行扩散焊接之前，需要对要焊接的金属材料进行清洁处理，以去除表面的污垢和氧化物。
同时，还需要对焊接接头进行设计和加工，以保证焊接接头的质量和连接性。
接下来是加热过程。
在加热过程中，需要将金属材料加热到一定温度，使其达到扩散的温度范围。
这样，金属材料的晶粒就能够活动起来，原子能够进行扩散。
加热温度的选择需要根据具体的材料和焊接要求进行确定。
最后是冷却过程。
在扩散焊接完成后，需要将焊接接头冷却到室温。
这样，金属材料的晶粒就会固化，形成坚固的焊接接头。
冷却过程的控制非常重要，过快或过慢都会对焊接接头的质量产生不利影响。
扩散焊的应用非常广泛。
在电子领域，扩散焊常用于电路板的制造和元器件的连接。
在航空航天领域，扩散焊被用于飞机发动机的制造和航天器的连接。
在汽车制造领域，扩散焊则常用于汽车发动机的制造和车身的连接。
扩散焊具有焊接强度高、焊接接头稳定等优点，受到了广泛的认可和应用。
扩散焊是一种利用金属材料的扩散性质实现焊接的方法。
分子扩散焊接
分子扩散焊接分子扩散焊接是一种新型的焊接技术，它是利用分子扩散原理，将两个金属材料通过高温、高压下进行焊接的一种方法。
分子扩散焊接的原理是利用金属材料的原子、分子在高温、高压下的扩散性质，使它们相互渗透，从而实现焊接。
具体来说，当两个金属材料通过高温、高压下进行连接时，它们的原子、分子会进行扩散，从而形成新的化合物，使两个金属材料相互结合。
这种连接方式具有很高的强度和可靠性。
与传统的焊接技术相比，分子扩散焊接具有以下几个优点：1.焊接强度高：由于分子扩散焊接是通过金属材料的原子、分子进行扩散形成化合物的方式进行连接，因此焊接强度非常高，能够满足各种高强度连接的应用。
2.焊接质量好：由于分子扩散焊接是在高温、高压下进行的，因此焊接表面的金属材料会被清洗干净，从而减少焊接时产生的氧化物和其他杂质的存在，从而保证了焊接质量的良好。
3.焊接速度快：由于分子扩散焊接是利用金属材料的原子、分子进行扩散来实现焊接的，因此相比传统的焊接技术，分子扩散焊接的焊接速度更快。
4.节能环保：由于分子扩散焊接是一种新型的焊接技术，它不需要使用大量的电能和其他燃料，因此具有良好的节能环保效果。
在实际应用中，分子扩散焊接技术已经被广泛应用于航空航天、电子、汽车等领域。
例如，在航空航天领域中，分子扩散焊接技术被用于制造飞行器的发动机、燃气轮机等部件，以及航空航天器的结构连接等。
在电子领域中，分子扩散焊接技术被用于制造高端电子器件，如晶体管、芯片等。
在汽车领域中，分子扩散焊接技术被用于制造汽车零部件，如发动机、变速器等。
分子扩散焊接技术是一种非常先进的焊接技术，它具有很高的焊接强度和质量，适用于各种高强度连接的应用。
随着科技的不断发展，分子扩散焊接技术将会被进一步完善和推广，为各个领域的发展做出更大的贡献。
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钢恒温超塑焊接过程中原子的动态扩散行为
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第 $! 卷
速 率 有 关， 其初始和边界条件分别见式 （ % ）和 式 （$） & 借助于电子探针仪， 以 ’( 原子动态扩散浓 度分布曲线的测定为依据， 采用最小二乘法拟合曲 线， 按相应的数学方法计算不同测点 ’( 元素的 !& )* 原子也要进行 ’( 原子在 )* 晶格中扩散的同时， 扩散& 考虑到 ’( 原子分数很小， ’( 原子在超塑焊接 变形条件下的本征扩散系数 ! ’( # !， 即由试验结果 求出的 ! 可视为 ! ’( & $" $ $" + （! ） $# $ $$ 初始条件： # + ,， 边界条件： （ （!） （%） （$） ;,’( 和 >!,2 在 ?%, @ 焊接时均处于 ! A * 状 在 ",, @ 焊接时均 态， 此时为 ’( 原子在 ! 中扩散； 处于 " 状态， 为 ’( 原子在 " 中扩散； 在 ?B, @ 焊接 时 ;,’( 为 ! A "， >!,2 为 " A * ， ’( 原子的扩散情况 较 为 复 杂& 分 单 相 区 （ ?%, ， ",, @ ）和 两 相 区 （ ?B, @ ） 讨论 ’( 原子的扩散系数和激活能& !" #$ 单相区 动态扩散系数 !： ;,’( C >!,2 扩散偶扩散系数 计算结果见表 !& 由表 ! 可见： 钢在恒温超塑焊过程 中的动态扩散比静态扩散大大加快， 在 ?%, @ 时 ’( 原子在 ! 中的扩散系数提高壹个数量级； ",, @ 时 ’( 原子在 " 中的扩散系数提高两个数量级， 这与文 献 ［%］ 在 "B, @ 相变超塑焊时测得 ’( 原子的动态
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钢相变超塑焊接时 +< 原子的动态扩散系数比常规 提高了 # N ! 个数量级
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9 恒温超塑焊接合面由于
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E$+< F &"$( 恒温超塑焊为研究对象， 研究焊接过程 中置换 （ 空位） 扩散型 +< 原子的动态扩散行为， 以 深化对超塑焊接本质的认识9