采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊Ti5Si3/TiAl及其与Inconel 718接头组织演变与性能研究

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近几十年来，科学技术的发展对新材料的需求越来越大，TiAl合金由于其比强度好、密度低等优点在航空航天领域展现出了前所未有的应用潜力，然而其塑性差、难于变形加工等问题也限制了其发展。传统Ni基合金的强度、塑性和抗氧化性能优异，但其密度过大且各项性能已达到极限。TiAl合金与Ni基合金优势互补，将二者连接组成特殊构件便可发挥二者优点。因此，便产生了对TiAl合金与Ni基合金连接的需求。本文采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶钎料成功地对层状Ti5Si3/TiAl自身及层状Ti5Si3/TiAl与Inconel718进行了钎焊连接，研究了钎焊参数的改变对焊缝组织以接头性能的影响，最终解释了焊缝组织形成过程。
　　采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶箔带钎料钎焊层状Ti5Si3/TiAl可获得结合良好、无缺陷且强度较高的接头，典型接头组织为(Ti,Zr)2(Cu,Ni)上分布着条带状的α-Ti与(Ti,Zr)2(Cu,Ni)组成的共析相。钎料与母材间形成了 Ti2Al/Ti3Al与(Ti,Zr)2(Cu,Ni)相互交错的反应层。钎料厚度60-240μm，钎焊温度880℃-940℃，保温时间2.5min-10min范围内，接头的室温剪切强度均呈现先增加后减小的趋势。钎料层厚度180μm，钎焊温度910℃，保温时间5min时，所得接头室温剪切强度达到最大值252MPa。Al元素的扩散对接头组织形态有着重要影响，Al元素通过多原子协同作用扩散至焊缝中，在钎料与母材间形成Ti2Al/Ti3Al与(Ti,Zr)2(Cu,Ni)相互交错的反应层，在焊缝中心区域存在Al元素的位置发生了β-Ti→α-Ti+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)的转变，形成了条带状的共析组织。650℃时，由于金属间化合物的温度反常现象使得接头强度上升至434MPa。
　　同样以钎焊的方法采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶钎料对Ti5Si3/TiAl和Inconel718进行连接，典型接头组织以(Ti,Zr)2(Cu,Ni)和溶有α-Ti的(Ti,Zr)2(Cu,Ni)为基体，基体中分布着α-Ti+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)共析相。Ti5Si3/TiAl与钎料层交界处的反应层为Ti2Al/Ti3Al与(Ti,Zr)2(Cu,Ni)组成的须状组织；而Inconel718与钎料层接触处形成了枝状的NiCrFe晶体、附着其上的Ti-Ni、Ti-Cr、Ti-Fe金属间化合物以及Cr、Fe、Ti、Zr、Cu、Ni多种元素并存的附着层。钎料层厚度60μm-240μm，钎焊温度880℃-940℃，保温时间2.5min-10min范围内，接头的室温剪切强度呈先增加后降低的趋势。钎料层厚180μm，910℃/5min时，接头室温剪切强度达到最大值225MPa。在钎焊温度较高和保温时间较长的条件下，Ni元素扩散更为充分，其对组织的影响表现在焊缝中的α-Ti+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)共析组织的含量逐渐减少，与之相对的固溶Ti(s)的(Ti,Zr)2(Cu,Ni)相的含量相对增多，Inconel718与钎料层间的反应层厚度略有增大。650℃时，接头剪切强度上升至382MPa。

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作者
曲天宇;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科材料工程
授予学位硕士
导师姓名范国华;
年度 2017
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总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类钎焊材料;
关键词
非晶箔带钎料; 层状Ti5Si3; 层状TiAl; 接头组织; 力学性能;

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