SiC纤维增强钛基复合材料研究现状与展望

连续Si C纤维增强钛基复合材料(Si Cf/Ti)是一种重要的高推重比发动机(推重比12)用结构材料,它的应用为发动机设计和制造带来了革命性的变革。Si Cf/Ti复合材料代表了高推重比发动机用结构材料的发展方向,欧美国家设立了多项研究计划来发展Si Cf/Ti复合材料,技术水平已经达到或接近于实用状态。介绍了国内外对连续纤维增强钛基复合材料的研究现状及国内研究存在的一些问题,并对国内Si Cf/Ti复合材料的未来发展提出了一些建议。     

Pd-Co-Ni-V钎料钎焊SiC陶瓷的接头组织及性能

采用座滴法研究了PdCo合金及PdCo-V合金对SiC陶瓷的润湿性.设计的PdCo-(4～20)V-(2～4)Ni-Si-B钎料可用于SiC的连接,在1463 K,1493 K两个温度,保温时间均为10 min的连接条件下得到的接头室温三点弯曲强度分别为52.0 MPa和56.8 MPa.微观分析表明,接头中在紧靠SiC的界面交叉分布着Pd2Si相与CoSi (或Co2Si) 石墨的混合相,而元素V只在接头的中央富集,形成了弥散分布的V2C相.     

连续SiC纤维增强钛基复合材料应用及研究进展

连续SiC纤维增强钛基(SiC_f/Ti)复合材料具有比强度高、比模量高、耐高温等特点,在航空航天领域具有重要的应用前景。本文总结了SiCf/Ti复合材料的应用、制备、性能调控和检测技术,并提出了SiCf/Ti复合材料未来需要突破的瓶颈问题。SiC_f/Ti复合材料单向性能优异,在环类转动件(叶环、涡轮盘等)、杆件(涡轮轴、连杆、紧固件等)以及板类构件(飞机蒙皮等)具有明显应用优势。常用的SiC_f/Ti复合材料的制备方法有箔压法和基体涂层法,箔压法适合制备板类结构件,基体涂层法适用于缠绕形式的结构件,如环、盘以及杆等。SiC_f/Ti复合材料的性能主要取决于SiC纤维、钛合金基体以及纤维/基体界面。SiC纤维微观结构和性能对制备工艺具有较强的敏感性,通过反应器结构和沉积条件调控获得性能稳定的SiC纤维是研究重点之一。钛合金基体可通过物理气相沉积的方法涂敷到纤维表面,制备出钛合金先驱丝,这是后续制备出高质量构件的关键。界面微观结构、热稳定性、力学性能与纤维表面的涂层密切相关,因此涂层种类和结构调控是SiC<...     

Zn-Al-Si钎料钎焊铜/铝接头显微组织及性能研究

采用Zn-14.1Al-0.9Si和Zn-21.5Al-1.5Si两种钎料钎焊获得铜/铝接头,研究了Cu/Zn-Al-Si/Al接头Cu母材/钎缝界面结构、钎缝中心区显微组织、接头抗剪切性能和断口形貌.研究发现,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头和Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头界面结构均为Cu/扩散层/Al4.2Cu3.2Zn0.7,其中Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层厚度分别为1～2 μm和3～4μm.2种铜/铝接头钎缝中心区均由α-Al固溶体,η-Zn固溶体,Zn-Al共晶和Si单质组成,未发现脆性CuAl2化合物.由于具有较薄的界面化合物层,在剪切力作用下,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头断裂一部分起源于Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层,另部分起源于界面扩散层,而Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头断裂均起源于较厚的Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物层.因此,Cu/Zn-14.1Al-0.9Si/Al接头的抗剪切强度高于Cu/Zn-21.5Al-1.5Si/Al接头,分别为60.1MPa和55.6MPa.     

SiC纤维增强钛基复合材料过渡液相扩散焊接头组织研究

针对SiCf/TC4钛基复合材料,进行其过渡液相扩散焊试验,并进行接头组织研究.结果表明:在试验条件下,采用自制的纤维 TiZrCuNi合金的复合中间层,通过合金与纤维的扩散,形成一紧密结合的界面,获得与母材接近的接头组织,实现钛基复合材料的成功连接.     

钎焊时间对CoFeNiCrCu高熵钎料钎焊SiC陶瓷接头组织与性能的影响

采用CoFeNiCrCu高熵合金为钎料对SiC陶瓷进行了钎焊连接,研究了钎焊时间对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,SiC/CoFeNiCrCu/SiC接头的典型界面组织为：SiC/Cr₂₃C₆+Cu（s, s）+Si（s, s）/HEAF+Cu（s, s）/Cr₂₃C₆+Cu（s, s）+Si（s, s）/SiC。随着钎焊时间的增加,组织中相的种类没有发生变化,接头在高熵效应的作用下仍主要由固溶体组成,接头中反应层厚度逐渐增大。当钎焊时间为90 min时,反应层厚度达到最大为25μm。但过厚的反应层使得接头在冷却过程中产生的应力在反应层中集中并导致反应层中产生裂纹等缺陷。当钎焊温度为1 180℃,保温60 min时,接头剪切强度最高达到61 MPa。此时,裂纹从远离接头的SiC陶瓷开始萌生并向接头方向扩展,最终断裂在陶瓷与反应层的界面处。     

钴基钎料钎焊K465合金大间隙接头组织与性能

采用Co45Ni Cr WB钴基钎料,预填FGH95镍基合金粉,在1220℃不同保温时间下对K465高温合金进行0.5 mm大间隙真空钎焊实验,研究钎缝组织构成及不同保温时间对钎缝组织与接头性能的影响。结果表明:钎缝组织由合金粉颗粒及颗粒间硼化物相构成,颗粒内为γ和γ'双相组织和少量小块状硼化相,颗粒间是高Cr,W和Nb的硼化物相;钎焊时随保温时间延长合金粉长大,化合物相合并长大;合金粉比例高、保温时间适当获得钎缝中化合物相细小弥散分布,对接头性能有利;钎焊保温30~60 min时接头持久性能较高。     

用锡铅钎料钎焊H62黄铜的接头组织与性能

对HLSn60PbSbA钎料钎焊H62黄铜接头的组织和钎焊时间对接头组织及力学性能的影响进行了研究.结果表明,接头组织由铅基固溶体、锡铅基共晶、铜基固溶体、胞状与块状化合物相构成,当钎焊时间延长至120s时组织中出现片状化合物相.同时发现,片状化合物相是造成接头力学性能下降的主要原因,较短钎焊时间获得接头强度较高.     

含硼镍基钎料钎焊IC-6合金接头显微组织分析

通过对Ni-B钎料在1220℃保温不同时间钎焊IC-6合金接头显微组织的分析,研究了钎缝中γ+γ′组织及近缝区硼化物的形成和变化.结果表明,仅依靠母材中Al元素的扩散钎缝中也能形成γ+γ′组织,但存在大量晶界,对接头高温性能不利.近缝区出现两种类型的硼化物,其Ni和Mo原子比分别近似为1∶1和1∶2,形貌和分布随保温时间不同而变化.     

采用Ti-Zr-Cu-Ni真空钎焊Ti_3Al/Ti_3Al和Ti_3Al/GH536接头组织及性能

采用Ti-Zr-Cu-Ni在960℃/1min、960℃/10min和960℃/60min三种规范下真空钎焊Ti3Al/Ti3Al,在960℃/5min和960℃/20min两种规范下真空钎焊Ti3Al/GH536。实验结果表明,随着保温时间的延长,Ti3Al/Ti3Al接头宽度逐渐增加,且剪切强度呈现递增趋势,递增幅度在10MPa左右,接头主要由Ti3Al,NiTi2,CuTi3等化合物相组成,其中NiTi2,CuTi3等脆性化合物的分布对接头性能影响较大;在Ti3Al/GH536接头中由于Fe-Ti,Ni-Ti等脆性化合物分布相对较多,导致出现纵向裂纹,960℃/5min规范下的平均剪切强度为86.4MPa。     

TA15钛合金扩散钎焊界面微观组织及性能研究

采用钛基钎料Ti37.5Zr15Cu10Ni作为中间层对TA15钛合金进行了真空扩散钎焊,对扩散钎焊接头界面微观组织进行了分析,同时测试了接头室温和液氮低温力学性能。试验结果表明:钎料与TA15基体发生了快速的互扩散,焊缝微观组织全部呈针状,接头室温和液氮低温状态下均脆断于焊缝,室温拉伸强度达到基体材料拉伸强度的93.8%。     

高温钛合金TG6钎焊工艺与接头组织分析

针对高温钛合金TG6材料开展了钎焊及扩散处理的连接工艺研究,通过采用先进的钎焊材料及优化的真空钎焊与扩散处理工艺,对该合金实施了有效的连接,并通过观测电子显微组织和能谱分析等手段,分析了钎焊接头的显微组织和界面的元素分布.     

MGH956合金钎焊接头力学性能分析

以MGH956合金钎焊接头高温抗拉强度为考察对象进行了正交试验设计。结果表明,考察的3个因素对接头性能影响的主次顺序为:钎料成分﹥保温方式﹥焊缝间隙;对应较优工艺参数为:钎料为KCo3,保温方式为:1240℃/10min加1000℃/30min;焊缝间隙为0.02mm。在所进行试验中,1000℃拉伸试验结果最好的焊缝强度接近了母材水平。     

Ti-Zr-Cu-Ni-Co系新钎料的成分设计及TC4合金钎焊接头的力学性能

新设计了Ti-Zr-Cu-Ni-Co系钛基钎料,相对于B∏P16钎料,其Zr含量有所提高,而Cu,Ni,Co三种合金元素的总含量低于B∏P16钎料中Cu,Ni的总量.在960℃/10min的真空加热条件下,进行了两种钎料对TC4合金的熔化实验和连接实验.通过SEM和XEDS分析了接头组织和微区成分.钎焊接头力学性能试验结果表明,使用新钎料对应接头冲击韧性值为31.55J/cm3,比B∏P16钎料提高了56%,同时接头的剪切强度提高约20%.     

基于人工神经网络的钛合金焊接接头机械性能预测

采用多层前向反馈神经网络模型,对钛合金钨极氩弧焊的焊接接头机械性能进行了模拟和预测.其中,输入参数包括钛合金成分、冷却速度和热处理参数;输出参数包括5个重要的机械性能,即极限抗拉强度、延伸率、断面收缩率、屈服强度和硬度.详细分析了铝和钒这2种元素对机械性能的影响.     

超声 C 扫描在 C/ SiC 复合材料与钛合金薄板钎焊质量中的应用

通过超声水浸脉冲法对C/SiC复合材料的声阻抗进行测定,结果表明,其声阻抗介于(4.0~4.7)×106kg/m2s之间;未焊合时界面反射系数约为1,焊接良好时界面反射系数介于0.71~0.74之间。为使未焊合时界面反射信号幅度比焊接良好时至少相差6 d B,C扫描检测时应监测二次以上界面反射信号幅度,并采用金相的方法对C扫描结果进行验证,二者一致性较好。     

TC17钛合金焊接接头组织与力学性能分析

对TC17钛合金薄板采用氩弧焊和电子束焊两种焊接方法焊接,进行了拉伸试验,结合拉伸试验结果与断口形貌,对比分析了力学性能与焊接接头组织之间的联系。研究结果表明,TC17钛合金在经历TIG焊接热循环后,焊缝及靠近焊缝的热影响区晶粒粗化,电子束焊接头热影响区较窄且没有粗晶区形成;两种焊接试样抗拉强度均与母材等强;相对延伸率有所降低,主要是热影响区及焊缝的组织变化所致;氩弧焊焊缝组织较不均匀性更为显著。     

钛热交换器的真空钎焊

研究了不同的钎料成分和使用形式、钎焊间隙、钎焊温度和保温时间对TA2纯钛钎焊接头的成形和钎缝组织形态的影响。试验结果表明,与用纯Cu钎料相比,用Ti-Zr-Ni-Cu钎料可以更容易得到好的等温凝固钎缝组织。而用纯Cu钎料,则价格低,也可得到致密的成形漂亮的钎焊接头,但代价是接头的塑性较低。     

活性焊剂和热处理对TC17钛合金TIG焊接头组织和性能的影响分析

为了探明焊后热处理过程和焊前涂覆活性剂对TC17钛合金TIG焊接接头性能的影响,对不同状态的焊接接头进行了拉伸试验和硬度测试,并采用光学显微镜和扫描电镜观察焊接接头组织和拉伸断口形貌。结果表明,焊前涂覆活性剂可以有效防止焊缝出现气孔缺陷,降低焊接热输入,减少热影响区晶粒粗化倾向,同时减少焊接热影响区晶粒在宽度方向的不均匀性。焊后热处理使焊接接头Sn、Zr等元素扩散均匀,接头组织得到显著强化。对TC17板材,焊前涂覆活性剂,并且进行焊后热处理,可以获得良好的接头组织和性能。