金属间化合物的固相焊接研究现状

近年来,在工程中受到大量关注的金属间化合物主要是Ni-Al系、Ti-Al系及Fe-Al系的A3B和AB型金属间化合物。然而在实际工程应用中,该类合金的焊接方法还存在很大的问题与挑战,目前国内外关于3类金属间化合物的焊接研究已有较多相关报道。本文主要综述了最常用的TiAl系及FeAl系金属间化合物的固相焊接技术,包括扩散焊和摩擦焊接。     

TiAl合金与42CrMo扩散钎焊的界面组织及形成机理

使用真空扩散钎焊方法对870℃下TiAl/B-Ag72Cu/42CrMo进行了连接,利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针成分线分析及成分定量分析等方法研究了TiAl/B-Ag72Cu/42CrMo扩散钎焊接头组织及接头反应层的形成机理.界面分析显示,B-Ag72Cu/42CrMo的界面未形成金属间化合物,而TiAl/B-Ag72Cu的界面上有Ti(Cu,Al)2金属间化合物产生.分析了连接接头金属间化合物的形成和长大机制,钎焊接头金属间化合物的形成和长大机制,分为等温凝固和冷却凝固两个阶段.元素的扩散是控制接头形成的主要因素.连接界面金属间化合物的形成和长大主要有钎料的熔化、沿晶界优先扩散、等温凝固、柱状和蘑菇状长大及纵向长大几个过程.     

γ–TiAl金属间化合物加工的国内外研究现状

介绍了γ–TiAl金属间化合物的主要特点。塑韧性较差、导热率较低等特点是导致加工γ–TiAl时切削温度高、切削力大和加工表面质量差的主要因素。从工具寿命、加工效率和加工表面质量等几方面对γ–TiAl金属间化合物的典型机械加工和特种加工方法进行了总结。认为磨削、高速铣削和电解加工是现阶段加工γ–TiAl比较适用的加工方法,但仍缺乏能兼顾效率、成本和表面质量的加工工艺。     

铝钛异种合金电子束焊接接头组织与界面分析

采用真空电子束技术获得了7075铝合金和TC4钛合金异种接头。分别通过金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测仪器观察了焊接接头的宏观形貌、微观组织特征和元素分布情况,同时分析了过渡层中金属间化合物的形成过程及其影响因素。试验结果表明:熔合区铝合金侧微观组织以柱状晶、等轴晶组织为主,还有少量的细晶组织,钛合金侧会析出呈针状或片层状的α相和α'相。由于Ti Al3的自由能最小,在铝焊缝和钛焊缝的界面生成的金属间化合物主要成分为TiAl3,元素扩散不充分导致少量的Ti Al、TiAl2等中间相生成,且随着热输入量的增加,金属间化合物层逐渐变厚,但化合物种类不变。试验结果为铝钛异种合金焊接界面研究提供了借鉴参考。     

PAXD法制备TiB/TiAl基复合材料及其力学性能研究

利用Al-Ti-B体系的放热反应,通过压力辅助放热弥散法(PAXD),原位合成了TiB/TiAl基复合材料.借助XRD,SEM分析了TiB/TiAl复合材料微观组织及并测试了其力学性能,探讨了TiB增强增韧TiAl金属间化合物的机制.研究结果表明:其增强相为TiB,基体相为TiAl和Ti3Al.TiB增强体主要以颗粒状、板状及细棒状均匀分布在基体中,其尺寸范围为亚微米级.复合材料的弯曲强度及断裂韧度较二元的TiAl金属间化合物有很大的提高.原位合成TiB/TiAl复合材料主要强化机制有:弥散强化、热膨胀合理失配强化机制、晶须(晶棒)强化.     

顶锻速度和顶刹时差对摩擦焊接面形变特征的影响

在常规摩擦焊接参数确定的条件下,研究了顶刹时差和顶锻速度对NiCr20TiAl/4Cr10Si2Mo摩擦焊接面形变的影响。发现当顶刹时差为0.3s,顶锻速度为30 mm/s时,能形成交织状的摩擦焊接面,从而找到了提高异种高强金属摩擦焊接头强韧性能的新途径。     

以Ti/V/Cu、V/Cu为中间层的TiAl合金

用真空扩散连接方法对TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢及TiAl/V/Cu/40Cr钢进行了研究。结果表明,以Ti/V/Cu作中间层的接头拉伸强度高于以V/Cu作中间层的接头强度。界面分析显示,Ti/V、V/Cu、Cu/40Cr钢的各个结合界面处未形成金属间化合物,而TiAl/Ti的结合界面上有Ti3Al产生;在TiAl/V的界面上有Ti3Al、Al3V两种金属间化合物产生;界面上脆性金属间化合物的产生是接头发生断裂的原因。     

TiAl合金基本物性的第一性原理研究

应用第一性原理方法优化了TiAl金属间化合物晶胞的晶体结构,比较和分析了该晶胞与Ti晶胞以及Al晶胞的键长、体积、体弹性模量、杨氏弹性模量、泊松比等力学性质,分析和解释了TiAl合金具有高强度和脆性等性能的根本原因。并且分析了该晶胞的电子态密度-能级曲线,证实TiAl合金是导电性较高的良导体。最后展望了TiAl合金工艺的发展方向。     

钛铝基金属间化合物熔焊工艺性的研究进展

综述了钛铝基金属间化合物(主要是Ti3Al，TiAl)熔焊连接技术的研究现状，主要涉及电子束焊、激光焊和氩弧焊等方法，指出钛铝基金属间化合物的焊接性不存在本质上不可焊的问题。无论采用何种熔焊方法连接此类合金，焊态下焊接接头的组织和性能一般不理想，焊缝和热影响区很容易脆化。控制冷速是成功连接此类材料的关键，同时受该类材料的物理冶金学特点限制，其组织转变动力机制、氢脆、间隙元素的引入对其焊接性的影响尚未引起注意。     

TiAl金属间化合物研究

TiAl金属间化合物是新一代发动机热端和航天飞机外部零件可采用的材料，比钛合金更耐高温且密度更低，本文分析了γ－TiAl基合金室温脆性的原因以及改善方法。     

00Ni18%马氏体时效钢的氩弧焊工艺试验研究

近期对00Ni18%高强度马氏体沉淀硬化时效钢的焊接性能进行了试验研究,探索出了适用于该钢薄壁旋压筒体自动钨极氩弧焊的焊接工艺规范,同时对比、分析了不同的热处理工艺对该钢氩弧焊接头力学性能和显微组织的影响.结果表明:在相同的焊接规范参数下,固溶+焊接+固溶+时效后焊缝及热影响区已有了一定的细晶粒,组织中含有大量的金属间化合物沉淀强化质点,焊接接头及母材都呈现出了高强度和高韧性相搭配的优异性能.     

汽车凸轮轴摩擦焊接、热处理及其组织性能

45钢同种金属凸轮和轴体由摩擦焊实现连接。对焊接头的组织与性能进行了实验分析和研究;进而研究了热锻的凸轮轴强韧性损伤的机理;阐述了摩擦焊接的优越性及接头形成机制,并提供了摩擦焊接头较佳的焊接和热处理参数。     

摩擦焊接钻杆组织、性能及其韧性损伤

在分析采用原有摩擦焊和热处理参数焊接的接头韧性损伤原因的基础上进行了试验,通过摩擦焊和热处理参数的优化,改善、提高了钻杆的组织和性能。     

S135钻杆的摩擦焊接、热处理对其组织与性能的影响

对S135钻杆同种钢材36CrNiMo4A的摩擦焊接、热处理工艺参数及其强韧性进行了试验分析和研究,分析了原有摩擦焊接和热处理工艺造成接头韧性偏低的原因,优化了摩擦焊接和热处理工艺参数,改善和提高了S135钻杆的组织和性能,达到甚至超过了同类产品NKKS135钻杆的组织和性能。     

Microstructural formation and mechanical performance of friction stir double-riveting welded Al-Cu joints

A novel friction stir double-riveting welding (FSDRW) technology was proposed in order to realize the high-quality joining of upper aluminum (Al) and lower copper (Cu) plates, and this technology employed a Cu column as a rivet and a specially designed welding tool with a large concave-angle shoulder. The formations, interfacial characteristics, mechanical properties and fracture features of Al/Cu FSDRW joints under different rotational velocities and dwell times were investigated. The results showed that the well-formed FSDRW joint was successfully obtained. The cylindrical Cu column was transformed into a double riveting heads structure with a Cu anchor at the top and an Al anchor at the bottom, thereby providing an excellent mechanical interlocking. The defect-free Cu/Cu interface was formed at the lap interface due to the sufficient metallurgical bonding between the Cu column and the Cu plate, thereby effectively inhibiting the propagation of crack from the intermetallic compound layer at the lap interface between the Al and Cu plates. The tensile shear load of joint was increased first and then decreased when the rotational velocity and dwell time of welding tool increased, and the maximum value was 5.52 kN. The FSDRW joint presented a mixed mode of ductile and brittle fractures.     

先进的焊接技术─—摩擦搅动焊

摩擦搅动焊是新近发明的一种先进焊接技术,它采用非熔化固态焊接,利用局部产生的摩擦热生成连续的固相焊缝,用它可以焊接传统上认为“不能焊接”的合金和实现不同类金属的焊接。本文简要介绍摩擦搅动焊的焊接工艺、焊缝性能、设备及应用。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷补焊

对2219铝合金搅拌摩擦焊接头中出现的未焊透和孔洞缺陷进行一次、二次搅拌摩擦补焊实验。结果表明：在合适的补焊工艺参数下,可有效消除接头原有缺陷,获得成形美观,性能良好的接头;随补焊次数的增加,接头软化区域显著增加;含有上述两种缺陷接头一次补焊后拉伸性能显著提高,二次补焊接头相比于一次补焊接头拉伸性能有所降低;含有缺陷的原始接头拉伸时均于缺陷处起裂导致接头塑性较低,补焊后接头都断裂于后退侧热影响区与热机影响区交界处,呈韧性断裂模式。     

摩擦焊合区金属的塑性流变对接头力学性能的影响

结合LC9超硬铝摩擦焊成形与控制工程,研究了摩擦焊合区金属流线的规律及其塑性流变本质,对纵向流线摩擦焊金属提高接头力学性能的原因进行了实验分析.     

Ti-17线性摩擦焊摩擦功率、界面温度及剪切强度之间的关系

在自制的XMH-160型线性摩擦焊机上,利用先期试验优化的规范参数进行了Ti-17焊接试验,检测了焊接过程摩擦功率及界面温度的变化曲线,并根据功率曲线计算获得了摩擦界面金属剪切强度的变化曲线.分析了上述三条曲线的变化特点及相互对应关系,并结合线性摩擦焊过程摩擦界面金属的热物理性能变化及热力耦合过程,初步探讨了Ti-17线性摩擦焊焊接接头的形成机理.     

顶锻速度Vd对摩擦焊合区金属组织的影响

从顶锻速度Vd对摩擦焊合区金属塑性成形的影响入手,系统研究了Vd与摩擦焊合区金属组织的关系。考量了LC9超硬铝摩擦焊时的顶锻速度范围,为精细结构摩擦焊成形与控制提供了实验研究基础。