Ti3Al和Ti2AlNb合金的擴散連接工藝及機理研究.pdf

1、Ti2AlNb合金密度低、強度高、具有良好的抗氧化性和抗蠕變能力,是未來應(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)動機的比推力和效率。因此,研究二者的連接對于拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的意義。本文采用直接固相擴散連接和加中間層擴散連接兩種方式,對Ti3Al和Ti2AlNb合金進行連接,通過工

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,并深入分析了其擴散連接機理。
　　采用直接固相擴散連接Ti3Al和Ti2AlNb合金,在接頭界面處形成棒狀細小的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的保溫時間條件下,可以獲得冶金結(jié)合良好、擴散反應(yīng)充分的高強度的接頭。在T=1000℃,t=60min,P=5MPa時獲得的室溫剪切強度為635MPa,獲得的室溫拉伸強度為

3、795MPa,兩種力學(xué)測試的接頭均斷裂于Ti3Al母材一側(cè)。并探討了界面元素擴散連接的演變過程。由于母材在經(jīng)過高溫擴散連接之后,性能損傷較大,因此在擴散焊接中應(yīng)盡量避免過高的連接溫度。
　　采用Ti箔中間層固相擴散連接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元素擴散無法充分進行,接頭強度逐漸下降。選用10μm的Ti箔在

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