一、釬焊不銹鋼接頭組織分析

BNi-5釬料由于含有大量的Si元素，使其釬焊不銹鋼的接頭組織中含有大量的化合物相，對BNi-5釬焊不銹鋼304L管板接頭釬焊圓角根部的X射線衍射結果進行分析得出，在釬焊圓角根部生成了鎳固溶體、硅化鎳、鎳鉻硅化合物以及FeNi3等物質。X射線衍射結果如圖4-1所示。

對釬焊圓角中各相成分進行能譜分析，點1成分只要為鎳、鉻、硅、鐵，但含硅量在8.7%以下，又靠近母材一側，故應為鎳基固溶體，點2的含硅量超過了它在鎳中的極限固溶度，含鉻量較高，參照X射線衍射結果，判斷其為鎳鉻硅化合物相，點3主要含硅和鎳，應為硅化鎳相。即釬焊圓角根部主要由鎳基固溶體、鎳鉻硅化合物和硅化鎳相組成。

二、失效件釬焊接頭裂紋顯微組織分析

垂直于斷口方向切下試樣，經鑲嵌、磨光、拋光及腐蝕后制成金相試樣，觀察裂紋的金相組織并分析疲勞裂紋的萌生和擴展過程。從A到B，裂紋由寬到窄變化，并且A區裂紋兩側的母材不是完全匹配的，說明斷裂開始于管壁外側，裂紋在釬焊圓角根部萌生后在周期彎曲疲勞載荷作用下向管壁內側擴展，這與斷口分析中疲勞源位置在管壁外側的觀察結果是一致的。形成的斷口在周期載荷的作用下反復張開和閉合，斷口兩側母材由于反復磨擦而遭到破壞，導致初始裂紋兩側母材不能完全匹配。裂紋穿晶擴展，符合疲勞斷裂的特征。主裂紋形成后，裂紋兩側物質在周期載荷作用下反復摩擦，對于裂紋在釬焊圓角中擴展階段，裂紋兩側原始組織已經遭到破壞，無法判斷裂紋擴展與金相組織的關系，但對裂紋附近區域進行仔細觀察后發現，在主裂紋一側有向內擴展的二次微裂紋，對其兩側組織成分進行能譜分析，點1成分主要為Si和Ni，判斷其為硅化鎳，點2處含Ni、Cr、Si、Fe均較多，根據含硅量，排除固溶體組織，又不是共晶組織，根據X射線衍射結果，判斷其為鎳鉻硅化合物相。說明裂紋是沿硅化鎳和鎳鉻硅化合物相擴展的。

在斷口左側接近釬焊圓角根部位置還發現了沿受力方向擴展的微裂紋，裂紋在釬焊圓角的化合物相中萌生并擴展。說明釬焊圓角中存在化合物相是釬焊結構發生疲勞斷裂的金屬學因素。

在用BNi-5釬料釬焊不銹鋼的接頭組織中存在著硅化鎳和鎳鉻硅化合物相，由于其硬而脆，且大量分布于釬焊圓角表面及內部，在釬焊圓角部位存在應力集中的情況下，就會沿表面的脆性化合物相萌生裂紋，并在交變載荷作用下進一步擴展，直至斷裂。脆性材料中疲勞裂紋的擴展過程不同于塑性材料，裂紋萌生后，在繼續加載時裂紋尖首先發出大量位錯，并形成高應變的彈性無位錯區，彈性無位錯區中的平均應力等于或接近于原子鍵合力，促使解理微裂紋在此形核，在交變載荷的反復作用下微裂紋不斷擴展并和主裂紋相連。上述微裂紋形核和擴展過程不斷進行，構成了脆性材料中裂紋擴展的主要方式。

當裂紋擴展至鎳基固溶體時，裂紋尖端應力場會造成固溶體組織在承受載荷作用時產生微區塑性變形，進而在交變載荷作用下產生疲勞裂紋，疲勞裂紋沿垂直于正應力方向不斷擴展，在剩余材料不足以承受下一個階段的載荷循環時發生瞬時斷裂。

三、實驗件釬焊接頭裂紋顯微組織分析

實驗過程中，發現在未受任何沖擊載荷的情況下，釬焊好的實驗件接頭就普遍有裂紋出現，統計結果顯示，存在裂紋的釬焊接頭占總實驗件數量的1/3，這些裂紋主要存在于釬焊圓角和釬縫的化合物相中。

對裂紋兩側組織進行能譜分析，點1為硅化鎳相，點2為鎳鉻硅化合物相，再次證實了裂紋是沿鎳鉻硅化合物相和硅化鎳相擴展的。釬焊接頭中產生裂紋的較主要原因是釬縫和釬焊圓角處存在大量連續的脆性化合物相。在釬焊的冷卻過程中，靠近母材一側的釬縫由于釬料與母材的相互擴散作用形成了高熔點的鎳基固溶體組織，會首先凝固；釬縫中央的液態釬料由于擴散不充分形成了以低熔點共晶相為主的脆性相，會最后凝固。在焊縫金屬凝固所產生的內應力作用下，釬縫中央的低熔點共晶相由于強度較低，就會發生開裂。

存在于釬焊圓角和釬縫中的這些早期裂紋會給產品的使用帶來極大隱患。Y.Cui和Carl D.Lundin在研究顯微裂紋對奧氏體不銹鋼焊縫金屬的疲勞性能的影響時發現，顯微裂紋大大降低了不銹鋼焊縫金屬的疲勞性能，往往是產品發生斷裂失效的起始位置。而且在周期性載荷的作用下，這些顯微裂紋會很快擴展，造成產品早期失效。http://www.zgshfp.com