Ti3Al和Ti2AlNb合金的擴(kuò)散連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、Ti2AlNb合金密度低、強(qiáng)度高、具有良好的抗氧化性和抗蠕變能力,是未來(lái)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的理想材料。但是由于Nb的含量較高,使得Ti2AlNb與Ti3Al相比密度較高,選用Ti3Al部分替代Ti2AlNb合金的方式,既能保證材料的性能,又可降低整體重量,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比推力和效率。因此,研究二者的連接對(duì)于拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的意義。本文采用直接固相擴(kuò)散連接和加中間層擴(kuò)散連接兩種方式,對(duì)Ti3Al和Ti2AlNb合金進(jìn)行連接,通過(guò)工

2、藝參數(shù)的改變分析接頭界面組織和性能,獲得最佳接頭,并深入分析了其擴(kuò)散連接機(jī)理。
　　采用直接固相擴(kuò)散連接Ti3Al和Ti2AlNb合金,在接頭界面處形成棒狀細(xì)小的O相,靠近Ti2AlNb側(cè)有較寬的富B2相層出現(xiàn),在950-1000℃的連接溫度和保溫60-90min的保溫時(shí)間條件下,可以獲得冶金結(jié)合良好、擴(kuò)散反應(yīng)充分的高強(qiáng)度的接頭。在T=1000℃,t=60min,P=5MPa時(shí)獲得的室溫剪切強(qiáng)度為635MPa,獲得的室溫拉伸強(qiáng)度為

3、795MPa,兩種力學(xué)測(cè)試的接頭均斷裂于Ti3Al母材一側(cè)。并探討了界面元素?cái)U(kuò)散連接的演變過(guò)程。由于母材在經(jīng)過(guò)高溫?cái)U(kuò)散連接之后,性能損傷較大,因此在擴(kuò)散焊接中應(yīng)盡量避免過(guò)高的連接溫度。
　　采用Ti箔中間層固相擴(kuò)散連接Ti3Al和Ti2AlNb合金,得到的接頭界面組織結(jié)構(gòu)為Ti3Al/α+β雙相組織/富B2相/Ti2AlNb。隨著Ti箔中間層厚度的增加,Ti、Al、Nb元素?cái)U(kuò)散無(wú)法充分進(jìn)行,接頭強(qiáng)度逐漸下降。選用10μm的Ti箔在

4、850-900℃的連接溫度和60-120min的保溫時(shí)間下便可實(shí)現(xiàn)Ti3Al和Ti2AlNb的擴(kuò)散連接。在T=900℃,t=120min,P=5MPa的工藝條件下,得到的室溫剪切強(qiáng)度為651MPa,室溫拉伸強(qiáng)度為906MPa,均斷裂于Ti3Al母材一側(cè)。通過(guò)降低擴(kuò)散連接的溫度,使得整體焊件兒的拉伸強(qiáng)度有所提高。并研究探討了Ti3Al/Ti/Ti2AlNb接頭界面元素?cái)U(kuò)散的演變過(guò)程。
　　對(duì)比Ti3Al/Ti/Ti2AlNb、Ti3