TiAl合金與Ni基高溫合金間接擴散連接工藝及性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、TiAl基合金由于具有低密度、高熔點、良好的高溫強度及抗氧化、抗蠕變性等性能,是目前備受矚目的一種具有良好發(fā)展前景的高溫結(jié)構材料,用它取代部分Ni基高溫合金應用于航空、航天飛行器可以顯著減輕飛行器的重量,增加工作效率。而TiAl基合金與Ni基高溫合金的連接問題成為這一應用的關鍵。本文分別采用純Ti中間層、Ti/Nb復合中間層和Ti/Nb/Ni復合中間層擴散連接TiAl合金與Ni基高溫合金(GH99),通過 X射線衍射(XRD)、掃描電子

2、顯微鏡(SEM)、光學顯微鏡(OM)、能譜分析(EDS)等分析手段,以及接頭剪切強度測試等方法對不同中間層、不同工藝參數(shù)連接接頭的顯微組織結(jié)構及力學性能的影響進行了系統(tǒng)的研究。通過對比研究,揭示了不同中間層接頭界面的形成與演化機制,建立了擴散連接模型。闡明了中間層、擴散連接工藝、接頭微觀組織以及力學性能間的對應規(guī)律,并分析了接頭斷裂機制。
  研究表明,采用純Ti中間層擴散連接TiAl合金與Ni基高溫合金,所得接頭的典型界面結(jié)構:

3、GH99/(Ni,Cr)ss/富 Ti-(Ni,Cr)ss/TiNi/Ti2Ni/α-Ti+Ti2Ni/Ti(Al)ss/Al3NiTi2/TiAl。在本實驗條件下,最佳工藝參數(shù)為連接溫度 T=900℃,保溫時間t=30min,壓力P=20MPa,所得接頭得最大抗剪強度為260.7MPa。Ti2Ni反應層作為接頭的薄弱區(qū)是影響接頭強度的關鍵因素。
  采用Ti/Nb復合中間層擴散連接TiAl合金與Ni基高溫合金時,所得接頭典型界面

4、結(jié)構:GH99/(Ni,Cr)ss/Ni3Nb/Ni6Nb7/Nb/(Ti,Nb)ss/α-Ti+(Ti,Nb)ss/Ti3Al/TiAl。在本實驗條件下,最佳工藝參數(shù)為連接溫度 T=900℃,保溫時間 t=30min,壓力P=20MPa,所得接頭得最大抗剪強度為273.8MPa,接頭主要斷裂于Ni3Nb與Nb之間的結(jié)合界面。當提高連接溫度或延長保溫時間時,接頭主要斷裂于Ni6Nb7反應層,且接頭抗剪強度顯著降低。采用Ti/Nb復合中間

5、層時避免了Ti2Ni反應層的生成,但由于接頭中存在較大殘余應力,因此接頭強度相比與采用Ti作為中間層時提高并不大。
  采用Ti/Nb/Ni復合中間層擴散連接TiAl合金與Ni基高溫合金時,所得接頭的典型界面結(jié)構為:GH99/Ni/Ni3Nb/Ni6Nb7/(Ti,Nb)ss/α-Ti+(Ti,Nb)ss/Ti3Al/TiAl。在本實驗條件下,最佳工藝參數(shù)為連接溫度 T=900℃,保溫時間 t=60min,壓力P=20MPa,所得

6、接頭得最大抗剪強度為314.4 MPa,接頭主要斷裂于Ti3Al反應層。采用Ti/Nb/Ni復合中間層時,接頭的抗剪強度有較大提高。
  采用純Ti中間層、Ti/Nb復合中間層和Ti/Nb/Ni復合中間層均能夠?qū)崿F(xiàn)TiAl合金與Ni基高溫合金的擴散連接。由于采用Ti/Nb/Ni復合中間層時,Ni箔的加入有效緩解了接頭中的殘余應力,尤其是Ni基高溫合金一側(cè)的應力,使接頭的斷裂位置由采用Ti/Nb復合中間層時的GH99/Nb界面轉(zhuǎn)向采

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