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目前TiAl金属间化合物与Ti合金真空钎焊

发布时间:2021-07-27 01:09:33 阅读: 来源:电缆防火涂料厂家

TiAl金属间化合物与Ti合金真空钎焊

摘要:

本文采用Ag-Cu钎料与Ti-Cr-Ni-Cu钎料,对TiAl与Ti合金的进行了真空钎焊连接试验,主要研究了采用两种钎料时的界面反应以及连希望可以帮到大家!接温度对界面组织及性能的影响。研究发现,采用Ag-Cu钎料时界面结构为:Ti/Ti(Cu,Al)2/TiCux+Ag(s,s)/Ag(s,s)/Ti(Cu,Al)2/TiAl,当钎焊温度T=1223K,保温时间t=10min时接头的剪切强度达到223.3MPa;采用4、弹簧疲劳实验机传感器:由敏感元件和处理电路两部份组成Ti-Cr-Ni-Cu钎料时在界面出现了Ti2Ni,Ti(Cu,Al)2等多种金属间化合物,当钎焊温度T=1123K,保温时间为t=10min时接头的剪切强度达到139.97MPa。

前言

TiAl金属间化合物具有比重轻(约为3.8g/cm3)、比强度高、刚性好、高温力学性能优异等优点,被认为是一种理想的高温结构材料[1]。而实际应用中往往要遇到TiAl的连接的问题,如国内某型号就要求实现TiAl与Ti合金的连接。关于TiAl的连接国内外已经进行了一定程度的研究,采用的方法主要包括:扩散连接[2,3],钎焊[4],电子束焊[5],红外连接[6]等。本文采用了在连接TiAl时效果较好的钎焊方法[7],针对TiAl与Ti合金的真空钎焊连接问题进行了初步的研究。

1试验材料及方法

试验选用TiAl金属间化合物与Ti合金作为母材,其中Ti合金牌号为TC4,TiAl为铸造组织。

采用了Ag-Cu钎料和Ti-Cr-Ni-Cu钎料进行试验,两种钎料均为箔状。其中Ag-Cu钎料化学成分为Ag-Cu28(wt%),其熔化温度为779℃,钎料本身抗拉强度为343MPa;其中Ti-Zr-Ni-Cu钎料化学成分为Ti-Zr35-Ni15-Cu15(wt%),其熔化温度为830~850℃。

钎焊试验采用搭接接头,将TiAl与Ti合金分别加工成长为40mm,宽为10mm,厚度为2mm的片状试件,将待焊面用砂纸磨光,最后用丙酮清洗以去除表面油污。将准备好的材料按TiAl/钎料/Ti的形式装配。本试验在辐射加热真空扩散焊机内进行,其真空度为1.33×torr。采用扫描电镜、电子探针和X射线衍射等方法实验机的操作进程有的机器是1样的分析连接界面,焊后采用剪切试验评价接头的强度。将待测接头放在特制的卡具中在INSTRONMODEL1186电子万能试验机上进行剪切试验,试验时加载速度为0.5mm/min。

2试验结果及分析

2.1采用Ag-Cu钎料钎焊TiAl与Ti合金

首先对Ag-Cu钎料进行了润湿试验发现,Ag-Cu钎料对TiAl及Ti合金均具有较好的润湿性。并且随着钎焊温度的提高和保温时间的延长,钎料对母材的润湿效果有所改善。但是钎焊温度受到两侧母材熔点的限制而不能无限提高。

对连接界面微观组织进行分析,采用Ag-Cu钎料钎焊TiAl与Ti合金时的接头形貌照片。为连接温度为1173K,保温时间为10min时的接头背散射照片,连接接头可分为三个不同的组织微区,其中靠近TiAl侧的Ⅰ层和靠近Ti侧的Ⅲ层为两条灰黑色长带,中间的Ⅱ层为颜色相对较浅的白色区域,在其中存在一定量的花纹结构。结合元素的线扫描曲线与元素的面分布情况可知:Ⅰ层和Ⅲ层均为Ti(Cu,Al)2金属间化合物层,中间的Ⅱ层主要为Ag-Cu共晶结构,但是成分与原始的钎料稍微有所差别,说明此时两侧母材对中间钎料仍存在一定程度的作用。Ti合金中Ti元素以单质形式存在,且相对含量较高,界面反应过程中Ti元素的起主要作用,Ti合金中T抗弯、抗压、抗张强度低i比较容易扩散到较远的距离发生界面反应。对比Ⅰ层和Ⅲ层可以发现,Ⅰ层的厚度比Ⅲ层要厚。

提高连接温度至1223K,界面组织如图1-b)所示,可以发现此时界面结构发生的明显的变化,其中低温时的Ⅰ层和Ⅲ层仍然存在,而中间的Ⅱ层变为两层结构,称为Ⅳ层和Ⅴ层。对其进行成分分析可知,此时Ⅰ层和Ⅲ层仍然为金属间化合物Ti(Cu,Al)2层,Ⅴ层中Ag元素含量相对较高,认为此处主要生成了Ag基固溶体,在其中的灰黑色颗粒为富Cu相;而Ⅳ层为Ti-Cu系金属间化合物在Ag基固溶体中弥散分布而形成的。

通过对不同温度下的界面结构进行对比可以发现,当连接温度较低时,母材与钎料中的各原子活动能力均比较差,这样只在钎料与两侧母材的接触面附近发生反应生成了金属间化合物层,中间的残余钎料比较多,反应进行的不完全;随着连接温度的升高,原子活性增加,这样能够发生比较充分的界面反应,界面处的金属间化合物层增厚,大部分钎料参与反应后,界面结构便会发生变化。Ti合金中Ti元素相对含量高且以单质形式存在,而反应体系中的Ti元素非常活泼,这样Ti合金母材中的Ti便会与钎料中的Cu等发生反应,在Ⅳ层中形成了一定量的Ti-不得偏移Cu系金属间化合物,Ti元素的扩散仍然只能达到一定的距离所以便形成了(3)使用适合的扳手连接各油管Ⅴ层。若继续增大工艺规范,直至接头中Ti元素的扩散非常均匀,则Ⅴ层将消失而在Ⅰ层和Ⅲ层之间全部是类似于Ⅳ层的反应产物。

不同连接温度下钎焊接头的室温剪切

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