Ti/Al无针搅拌摩擦搭接点焊接头组织特征

采用无针搅拌摩擦搭接点焊对Ti6Al4V钛合金和2A12铝合金异种金属进行焊接,焊后低熔点铝合金受摩擦热影响发生熔化,而高熔点钛合金在焊接过程中始终保持固态,同时与处于液态的铝合金相互作用,最终Ti/Al界面形成熔钎焊接头且接头拉伸剪切力达19.20 kN。研究了Ti/Al熔钎焊接头钛合金和铝合金的组织变化以及连接界面的特征形貌。结果表明由于摩擦热及搅拌头下压的影响,焊点处钛合金和铝合金组织发生明显变化。钛侧主要形成热力影响区和母材区;铝侧形成熔核区、热影响区和母材区3个区域,热影响区和熔核区的晶粒尺寸相对母材区变粗大,其组织经历了受热长大、部分熔化到完全熔化3个过程。在搭接接头界面处形成均匀致密且微薄的金属间化合物层,主要成分为TiAl₃;接头界面区组织变化明显,中间部位有均匀的TiAl₃界面层,随着向接头两边延伸界面层逐渐消失且Cu元素聚集在边缘。相对其他Ti/Al搭接点焊的焊接方法,无针搅拌摩擦搭接点焊获得的接头抗拉伸剪切力得到了明显的提升。     

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.     

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。     

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。     

1Cr18Ni9Ti/6A02异种金属钎焊接头结构分析

本文针对采用坩锅炉钎焊工艺获得的1Cr18Ni9Ti不锈钢与6A02铝合金异种金属钎焊接头进行了接头形貌及微观组织分析。通过金相检查的方法阐述了接头宏观形貌及界面组织特点;使用扫描电镜进行了高倍组织观察及能谱测量,从而进一步分析了钢/铝异种金属界面层结构,并对接头典型缺陷进行了描述和分析。     

连接参数对Ti53311S 高温钛合金TLP 连接接头性能的影响

采用Cu作为中间层实现了Ti53311S合金的TLP连接,通过SEM、EDS方法分析了接头界面的微观组织,研究了接头界面微观组织及力学性能随TLP连接温度及保温时间的变化规律。结果表明:TLP连接接头的典型界面结构为Ti53311S/β-Ti/Ti、Cu(Sn)金属间化合物/β-Ti/Ti53311S。随着TLP连接温度的升高或保温时间的增加,焊缝宽度逐渐增加,Cu元素向母材侧的扩散程度更加充分,化合物相分解消失,接头室温抗拉强度先大幅升高后趋于稳定,连接工艺为980℃/20 min时,接头抗拉强度达到最大值899 MPa。     

非晶晶化制备细晶TiAl基合金

采用X ray衍射,DTA以及扫描电镜分析了Ti 50at%Al元素混合粉末高能球磨和热压过程中的结构演变和致密TiAl基合金的显微结构。结果表明,Ti 50at%Al粉末经过100h的高能球磨后转化为无序非晶相,Ti和Al元素粉末在机械合金化过程中的结构演变为:Ti Al→Ti(Al)过饱和固溶体(hcp)→非晶相。Ti 50at%Al非晶粉末在随后的热压过程中发生晶化,得到晶粒尺寸约为0.5μm的细晶TiAl基合金。Ti 50at%Al非晶的晶化过程为:非晶相→无序α相(hcp)→γ TiAl相( α2 Ti3Al相),其中α相是由无序非晶相向有序γ TiAl相转化过程中的介稳相。根据热压后γ TiAl相的不规则块状形貌推测α→γ TiAl转变的机制可能为块型转变。     

铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

TiAl/TiAl、TiAl/TC4真空电子束焊接头组织及缺陷分析

采用电子束焊接方法对航空航天用的新型结构材料TiAl合金的自体及与TC4的异体对接接头进行了焊接试验,并利用光学金相和元素能谱分析方法(EDS)对TiAl/TiAl及TiAl/TC4电子束焊接接头的组织结构和连接状况进行了研究.研究结果表明TiAl/TiAl的焊缝组织为铸态TiAl柱状晶组织,焊缝内部及熔合线热影响区附近有大量冷裂纹产生,接头强度恶化;过高的焊接速度及粗晶的TiAl母材是导致TiAl/TiAl接头中产生裂纹的主要原因;TiAl/TC4焊缝为近Ti3Al的支晶混合组织,因TiAl与TiAl相比具有较好的延塑性,从而使TiAl/TC4焊缝的抗裂性能提高,接头中未见有冷裂纹出现,这说明TiAl/TC4接头拥有比TiAl/TiAl接头更好的电子束焊接性.     

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.     

LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究

铝合金与不锈钢物理化学性能较大的差异使两者采用常规焊接技术较难实现连接。本文采用惯性摩擦焊接技术进行了LF6铝合金与不锈钢异种金属连接,分析研究了接头的微观组织及拉伸力学性能。研究结果表明,LF6铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接过程中,相对不锈钢一侧,LF6铝合金一侧发生了较大的塑性变形,飞边主要由LF6铝合金摩擦挤压而成;微观组织显示LF6铝合金一侧分为细晶区、拉长晶区和母材区,细晶区中呈现为细小等轴晶状组织,拉长晶区为摩擦剪应力作用下的板条状拉伸组织。EDX分析表明,在摩擦热和顶锻力的作用下,焊接界面存在明显的浓度梯度,形成了数微米的扩散反应层;力学断口断裂于铝合金一侧受力薄弱区。     

钛/铜电子束偏置焊接模拟及力学性能研究

本文研究了TC4钛合金和T2紫铜的电子束焊接模拟及接头力学性能规律。通过采用组合偏置的焊接方式,即铜侧偏置焊接完成后再在钛侧复合焊接,两道焊缝相近但不交接,该工艺方法能够大幅提升接头的拉伸强度。为了探索该过程的热力行为规律,采用有限元法对温度场云图、变形及应力分布进行了分析,并结合微观形态演变及力学性能对接头增强机制进行了阐述。复合钛侧焊接能够对原铜侧焊接的异种界面进行重熔改性,同时改善其应力集中状态。拉伸断口表明,接头为脆性解理断裂,断裂面的相组成由铜侧焊接的TiCu转化为Ti_2Cu,脆性减弱。     

Zr对Ti3Al基金属间化合物TLP扩散焊接头组织性能的影响

采用TiZrNiCu非晶态箔状钎料过渡液相(TLP)扩散连接Ti3Al基金属问化合物,通过对接头的力学性能及微观结构的分析,研究了中间层合金TiZrNiCu中Zr元素对Ti3Al基金属间化合物,TLP扩散连接接头组织和性能的影响规律和机理.结果表明,在连接工艺相同条件下,随着中间层合金中添加元素Zr含量减小,Ti3Al基TLP扩散焊接头强度增大;通过延长后续扩散处理时间,可以减小Zr元素对接头组织性能的不利影响.     

原位合成Al2O3/Ti-Al复合材料的研究

利用氧对金属Ti、Al粉的部分氧化，原位合成了Al2O3／Ti-Al复合材料，通过XRD和SEM手段，发现Al2O3分布在Ti—Al基体交界处，在一些制得的复合材料中出现了大量原位生成的纤维。借助差热分析，对该制备过程的反应机理进行了初步探讨，研究认为该制备过程的反应步骤为：Ti、Al金属粉表面氧化→铝的熔化→TiAl，的生成→Ti2Al、TiAl、Ti，Al等多种化合物生成和Al对TiO2的还原反应。原始组成中铝含量决定了复合材料的主要晶相组成，铝含量不足时，生成Ti2Al、TiAl、Ti3Al等多种金属间化合物和氧化铝；铝含量足够时，最终的产物为TiAl3、金属铝以及氧化铝等相。     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding,LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征,利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明:接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶,焊接过程中WZ温度超过β转变点,焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α;TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力,使得接头形成的热力影响区(TMAZ)较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎,焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α;毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征,但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散,层间β消耗,初生α长大;WZ组织的细晶强化和第二相强化,TMAZ组织的应变强化和第二相强化,以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。     

钛合金高温钎焊接头的组织性能及影响因素评价

综述了钛及钛合金高温钎焊结构在现代工业中的应用。在分析了钛基钎料应用和发展的基础上，重点分析了钎焊接头的组织与接头性能的关系以及影响因素。指明接头组织中脆性金属间化合物相的存在形态是决定接头性能的主要因素，接头间隙和钎焊时间决定了接头的组织形态，从而影响接头的性能。钛及钛合金高温钎焊接头的拉伸性能、高温性能和疲劳性能是优越的，而接头氧化后的性能急剧下降。并展望了钛基材料连接的发展方向。     

电子束焊接Ti-45Al-1.7Cr-1.7Nb双相钛铝合金组织结构及其裂纹形成机制

研究了电子束焊接Ti-45Al-1.7Cr-1.7Nb双相钛铝合金的接头组织形态及裂纹形成机制.形成裂纹的主要原因是热致应力的产生;冷速过快导致α相分解受到抑制,α2与γ相间的热膨胀系数的差异,以及形成的层片状结构板束间距变化也对裂纹的产生有着重要影响.采用散焦预热、增大焊接线能量可有效防止焊接TiAl固相裂纹的产生.     

TC21钛合金慢速冷却过程中的相组成及组织演化

采用X射线衍射、金相显微镜和扫描电镜研究了TC21合金自β相区慢速冷却过程中相组成及微观组织变化。结果表明:慢速冷却过程中,TC21合金主要的相转变为β→α,且有少量金属间化合物,如Ti2AlNb(O)相和Ti2AlNb(B2)相析出;以1℃/min速率冷却过程中,α相在晶界形核,并向晶内长大,晶粒内部没有形核,形成全片层组织,以5℃/min速率冷却过程中,晶界与晶内均形核,并竞争生长,形成有少量网篮状形貌的片层组织;冷却速率对合金室温态组织特征(α片层厚度、α集束大小、α片层体积分数)的影响很大,随着冷却速率的增大,α片层厚度、α集束、α片层体积分数均减小。     

添加硼元素对Ni-25at%Si/Ti600接头组织性能的影响规律

以高温钛合金和自共晶镍硅合金为母材,使用额外添加硼元素的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料进行钎焊连接,针对硼元素含量和钎焊对接头界面结构和力学性能的影响进行探究。通过对Ni-25at%Si/Ti-Zr-Ni-Cu+B非晶钎料/Ti600接头的界面组织结构进行优化实现钎焊结构性能的提升,获得质量良好的钎焊接头。研究结果表明,通过引入硼元素可调控钎焊过程,继而获得TiB晶须,这种晶须能对Ti₂Ni层产生复合强化的作用,进而使接头高温钛合金侧界面的残余应力明显下降,减缓接头开裂的速度,同时结合拔出强化方式对裂纹的扩展起到阻碍作用,从而提高接头的强度。1 213 K/10 min工艺条件下的镍硅合金/高温钛合金钎焊接头的平均强度高于不含硼元素增强的接头,达到84 MPa,同时确保在接头内部不会出现裂纹和孔洞,进而达到提升镍硅合金/高温钛合金钎焊接头质量的效果。     

C_f/SiC复合材料与Ti合金的AgCuTi-W复合钎焊

本文利用AgCuTi-W复合钎料作中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf／SiC复合材料与Ti合金,利用SEM,EDS,XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能。研究结果表明：钎焊时,复合钎料中的Ti借助Cu-Ti液相与Cf／SiC复合材料反应,在Cf／SiC复合材料与连接层界面形成Ti3SiC2,Ti3Si和少量TiC化合物的混合反应层。复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu—Ti化合物过渡层。钎焊后,形成W颗粒强化的致密复合连接层,W颗粒主要分布在Cu-Ti相中。W的加入缓解了接头的残余热应力,Cf／SiC／AgCuTi—W／TC4接头剪切强度明显高于CF／SiC／AgCuTi／TC4接头。