Ti-28Ni钎料钎焊Ti基复合材料组织与性能研究

发布时间：2020-11-17 09:03

　　 TiC增强Ti基复合材料(TMCs)具有高强度、高弹性模量、耐腐蚀、良好的高温强度、良好的高温抗蠕变性能等优良特性,在航空航天、石油化工以等领域拥有广阔的应用前景。但由于TMCs脆性较大,很难进行变形加工,而焊接方法可以实现TMCs的复杂结构成形,满足各种工作环境需要,所以对TMCs焊接行为的研究有着十分重要的意义。相对于其他焊接方法而言,钎焊连接具有成本低、工艺简单以及焊接强度高等特点,是目前连接Ti基复合材料应用最为广泛的连接方法之一。本文采用Ti-28Ni共晶钎料,在不同钎焊温度及保温时间条件下对母材(Ti-6Al-3Sn-3.5Zr-0.4Mo-0.75Nb-0.35Si+5Vol%TiC)进行真空钎焊连接,运用金相光学显微镜、SEM、EDS、XRD等分析测试手段系统地研究了钎缝显微组织的演变规律,并对钎焊机理进行了分析。研究表明,钎缝主要由α-Ti、Ti2Ni和TiC三种相组成。钎焊过程中母材和钎料之间进行了强烈的元素扩散反应,钎缝内主要含有Ti、Ni、C、Al等元素,各元素分布均匀。随着温度的升高或者保温时间的延长,接头两端压力使得更多钎料被挤压溢出钎缝,导致Ti2Ni相含量逐渐减少,但是钎料与母材之间反应加剧,钎缝界面宽度逐渐增大,另外,随着保温时间的增加钎缝中的TiC尺寸增大,减弱了TiC颗粒的增强作用。对不同参数下的TMCs钎焊接头进行室温剪切强度分析,得出结论:所有钎焊接头强度均达到了较高水平,在保温10min条件下,随着钎焊温度的升高,接头中脆性Ti2Ni相含量减少,组织更加均匀,有利于强度的提升,但在钎焊温度为1080℃的接头中出现了大量的粗大α片层,不利于获得良好的接头强度,随着钎焊温度的升高,接头强度先升高后降低。在钎焊温度为1010℃,随着保温时间的延长,接头中Ti2Ni相含量减少,TiC相尺寸逐渐增大,其中,保温20min条件下的接头组织更加均匀细小,剪切强度随着保温时间的增加先升高后降低。在钎焊温度为1060℃,接头强度随着保温时间的延长出现少量下降。接头强度是组织的弥散强化、细晶强化、元素的固溶强化、TiC的钉扎作用以及Ti2Ni相含量等共同作用的结果,其中Ti2Ni相的含量起到至关重要的作用。通过对钎缝内Ti2Ni相含量与钎缝室温剪切强度的对比分析发现,随着Ti2Ni相含量的增加,接头强度呈现先升高后降低的趋势。各参数下的接头剪切断口均以准解理断裂方式断裂,断口中发现大量的解理台阶、韧窝、撕裂棱和二次裂纹。
【学位单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG454;TB333
【部分图文】：

安徽工程大学硕士学位论文以根据不同工作环境生产出复杂结构的大型工件，是一种制备 TMCs 行之有效的方法。如图 1-2 所示，Bin[44]等人分别采用 MWCNTs 和石墨粉两种原材料结合TC4，利用熔铸法制备了两种 TiC 增强 TMCs。研究表明使用 MWCNTs 制备出的 TMCs 中 TiC 尺寸更加细小，在不明显减小 Ti 基体合金拉伸率的前提下，显著增强材料拉伸强度。

-1 等离子高温烧结制备 TiC 增强 TMCs，a、b、c: 高能球磨 MWCNTs 和 Ti 合金 和 TEM 组织形貌，d、e、f: 等离子烧结制备出不同 TiC 含量的 TMCs 组织形貌[39

安徽工程大学硕士学位论文除了研究 TMCs 的制备方法外，国内外学者针对 TMCs 的热处理也进行了广泛的研究，探索在不同热处理工艺下，TMCs 组织形貌以及力学性能的变化情况[45, 46]。例如，Jiao 等人[47]采用淬火加固溶处理的方法对 Ti5Si3+TiB/TC4 材料进行分步热处理（如图 1-3 所示），发现通过改变热处理参数，材料中的 Ti5Si3相尺寸及分布都有很大变化，因为材料中的马氏体以及双重网状结构的形成，经过分步热处理后 TMCs 在 600℃的抗拉强度可达到 880MPa，比热处理前有着很大的提升。
【参考文献】

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本文编号：2887316