TiBw-TC4復(fù)合材料的釬焊工藝與組織性能研究.pdf

1、TiBw/TC4兼有鈦合金低密度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),其中引入的增強(qiáng)體進(jìn)一步提升了材料的耐磨性及高溫蠕變強(qiáng)度,是復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)之一,具有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)TiBw/TC4復(fù)合材料進(jìn)行連接研究,可有效實(shí)現(xiàn)其在工程上應(yīng)用的推廣,具有重要的實(shí)用價(jià)值。本課題使用Ti-Zr-Cu-Ni釬料和Ti-Zr-Cu-Ni+TiB2復(fù)合釬料釬焊TiBw/TC4復(fù)合材料,研究了釬焊工藝參數(shù)及焊縫中增強(qiáng)體含量對(duì)接頭組織和性能的影響,探索了最佳釬焊工藝及復(fù)合釬料中

2、TiB2最佳含量,并分析了接頭微觀組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　使用Ti-Zr-Cu-Ni釬料釬焊TiBw/TC4復(fù)合材料,接頭主要由三部分構(gòu)成:TiBw/TC4復(fù)合材料母材,(Ti,Zr)2Cu(Ni)金屬間化合物和鈦基固溶體兩相組織,以及兩者之間(α+β)魏氏體組織。釬料厚度、連接溫度與保溫時(shí)間影響接頭中金屬間化合物形態(tài)、數(shù)量和魏氏體組織大小,進(jìn)而影響接頭的連接強(qiáng)度。隨著釬料厚度的增加連接強(qiáng)度先增加后降低,本試驗(yàn)條件下的最佳

3、釬料厚度為30μm。保溫時(shí)間10min,釬料厚度30μm,釬焊溫度低于1200K時(shí),隨釬焊溫度升高連接強(qiáng)度大幅度增加;1200K至1260K剪切強(qiáng)度基本維持在520MPa左右;更高的連接溫度導(dǎo)致連接強(qiáng)度下降。不同釬焊溫度條件下連接時(shí)間對(duì)接頭強(qiáng)度的影響規(guī)律不一致,釬焊溫度為1223K時(shí),連接強(qiáng)度隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)而增加,并于30min以后趨于穩(wěn)定,剪切強(qiáng)度達(dá)650MPa。1253K下保溫10min連接強(qiáng)度出現(xiàn)了最大值,剪切強(qiáng)度為533MPa,

4、繼續(xù)增加連接時(shí)間導(dǎo)致接頭組織粗大,強(qiáng)度降低。在最佳工藝1123K保溫30min條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn),斷裂發(fā)生在遠(yuǎn)離焊縫的母材,實(shí)現(xiàn)了等強(qiáng)連接,抗拉強(qiáng)度達(dá)1067MPa。
　　Ti-Zr-Cu-Ni+TiB2復(fù)合釬料釬焊TiBw/TC4,釬焊過程中TiB2與Ti發(fā)生反應(yīng)生成TiBw,接頭主要由三部分構(gòu)成:TiBw/TC4復(fù)合材料母材,焊縫中間位置的(TiBw+(Ti,Zr)2Cu(Ni))/α-Ti復(fù)合材料,以及兩者之間(α+β)魏氏

5、體組織。焊縫中原位生成的TiBw作為優(yōu)先生成相在焊縫中均勻分布,尺寸為幾微米至幾十微米不等,并有部分增強(qiáng)體長(zhǎng)入母材。產(chǎn)生的TiBw使焊縫組織細(xì)小,金屬間化合物彌散分布,同時(shí)能起到釘扎、減少焊縫中金屬間化合物的作用。
　　采用Ti-Zr-Cu-Ni+5vol.％TiB2復(fù)合釬料釬焊TiBw/TC4,連接強(qiáng)度隨釬焊溫度升高先增加后降低,較低溫度(1223K)下連接,焊縫中生成的TiBw進(jìn)一步增加接頭脆性,對(duì)連接強(qiáng)度不利;連接溫度過高(

6、1373K)或是延長(zhǎng)保溫時(shí)間(20min),釬料擴(kuò)散及流動(dòng)加強(qiáng)致使焊縫主要由TiBw構(gòu)成,增強(qiáng)體架構(gòu)的產(chǎn)生導(dǎo)致連接缺陷出現(xiàn),同時(shí)高溫連接導(dǎo)致魏氏體區(qū)域組織粗大,成為焊縫薄弱區(qū)。在最佳工藝參數(shù)(1253K保溫10min)下變化釬料中TiB2含量,連接強(qiáng)度隨TiB2含量增加先升高后降低,釬料中含10vol.%TiB2時(shí)室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值481MPa,對(duì)該工藝條件下釬焊接頭分別于773K及873K下進(jìn)行高溫剪切試驗(yàn),接頭剪切強(qiáng)度及剪切模量