金属粉末为过渡层的钛/钢电阻钎焊接头形成机制
发布时间：2020-12-22 11:34
钛合金与不锈钢的复合构件不仅具有两种材料的综合优势,而且具有良好的经济效益,在航空航天以及国民经济的重要领域拥有良好的应用前景。但是由于钛、钢两种金属材料物理性能相差较大,同时焊接时极易生成大量钛/铁脆性金属间化合物,导致构件接头性能恶化,这也是大多数异种金属实现可靠连接亟待解决的基础性问题。针对这个问题,探索了一种金属粉末作为过渡层的钛/钢电阻钎焊工艺方法。试验研究了金属粉末的种类,电阻钎焊工艺参数的改变对钛/钢搭接钎焊接头力学性能、微观组织以及原子扩散的影响,并且探讨了金属粉末在钛/钢钎焊接头中的冶金反应机理。研究工作及结论如下:（1）探索了以金属粉末为过渡层,采用耐高温密封胶作为防氧化措施,钛合金与不锈钢电阻钎焊工艺的实现方法。以钛合金、不锈钢母材元素为基点,根据元素间冶金相溶性原则,选定了Cr、Ni、Nb、V等元素作为考察对象,试验设计了5类接头。并且进行力学性能测试和XRD、SEM等微观分析,探索了添加元素对接头的有效性。结果表明,Cr、Nb、V等元素可作为钛/钢连接过渡层的选择元素,这三种元素的添加大幅度提高接头强度,同时显著降低了接头中Fe-Ti、Cu-Ti系脆性相的含量...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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（e）Ⅴ型接头图 3.2 不同类型接头微观组织图当不添加金属粉末时，接头钎料区很明显织以及一些枝状晶组织，点扫描显示主要化合物。这表明在钎焊过程中，Ti 元素向素化合形成脆性相存在于接头组织中，不反应层主要以 Cu-Ti 与 Ti-Fe 系金属间化在图 3.2(b)的Ⅱ型接头组织中，由于只在钛观察到在靠近钛合金侧的钎料区中，出现 系脆性相混合的灰色簇团状组织，以及少的钎料区中，有少量的灰色块状组织和枝状以 Ti2Cu 为主的 Cu-Ti 系脆性相，不锈钢Ⅲ型接头钎料区中白色钎料大量消失，靠钢侧为未反应的 Cr 粉颗粒。接头中 Cu-T、Nb、V 固溶体与化合物 NbZn、NbZn2的
(i)Ⅴ型接头不锈钢侧断口 (g)Ⅴ型接头钛合金侧断口图 3.4 不同类型接头微观断口形貌由五类接头的断口形貌可以看出，添加粉末后断口形貌发生很大的变化。而单末的Ⅱ型接头断面处表现为冶金反应不充分，因此接头强度不高。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ口显示接头冶金反应充分，证明母材两侧添加粉末层可以保证接头冶金反应充但是Ⅳ、Ⅴ型接头由于脆性相生成量过多，以脆性断裂为主，而Ⅲ型接头以塑主，因此Ⅲ型接头的力学性能最好。 本章小结（1）根据添加粉末的种类将接头分为 5 种类型，在相同的工艺参数下，粉末渡层介入后，钛/钢钎焊接头抗剪强度明显提升。（2）粉末层的介入消除了近不锈钢侧金属间化合物过渡层，改变了接头组织的种类，降低了接头中 Fe-Ti 金属间化合物的含量，接头由脆性断裂转变为有的混合断裂模式，断裂位置也由不锈钢侧向钛合金侧过渡。其中不锈钢侧添钛合金侧添加 Nb、V 混合粉末的Ⅲ型接头性能最佳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr、V粉末层介入对钛/钢电阻钎焊接头组织和性能的影响[J]. 张鹏贤,汪舸,李世龙. 兰州理工大学学报. 2017(01)
[2]镀Ni层对钛/钢钎焊接头原子扩散行为的影响机制[J]. 张鹏贤,马驰原,于海宇. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[3]Ni喷涂层对钛?钢电阻钎焊接头力学性能的影响[J]. 张鹏贤,于海宇. 兰州理工大学学报. 2015(05)
[4]不锈钢和钛合金异种金属焊接研究进展[J]. 宋庭丰,蒋小松,莫德锋,沈一璋,朱德贵. 材料导报. 2015(11)
[5]采用铌中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧连接界面的显微组织及性能(英文)[J]. 赵东升,闫久春,刘玉君,纪卓尚. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(09)
[6]采用不同结构Cu/V填充层的钛合金/不锈钢电子束焊接试验[J]. 王廷,张秉刚,张艳桥,冯吉才,钟诗胜. 焊接学报. 2014(08)
[7]铝镁异种金属连接研究现状[J]. 孙汇彬,许惠斌,陈虹佑,唐松,罗磊. 现代焊接. 2014(01)
[8]颗粒增强复合钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能[J]. 宋晓国,曹健,陈海燕,司国栋,冯吉才. 焊接学报. 2013(07)
[9]TC4钛合金/不锈钢真空钎焊接头的界面组织及抗剪强度[J]. 秦优琼,于治水. 机械工程材料. 2012(11)
[10]Fe粉对Sn-3Ag-0.5Cu复合钎料组织及性能的影响[J]. 刘晓英,马海涛,罗忠兵,赵艳辉,黄明亮,王来. 中国有色金属学报. 2012(04)
硕士论文
[1]Ni层对钛/钢钎焊接头组织和性能的影响机制[D]. 马驰原.兰州理工大学 2014
[2]镍纳米颗粒对低银钎料的性能影响[D]. 高源.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：2931692
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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（e）Ⅴ型接头图 3.2 不同类型接头微观组织图当不添加金属粉末时，接头钎料区很明显织以及一些枝状晶组织，点扫描显示主要化合物。这表明在钎焊过程中，Ti 元素向素化合形成脆性相存在于接头组织中，不反应层主要以 Cu-Ti 与 Ti-Fe 系金属间化在图 3.2(b)的Ⅱ型接头组织中，由于只在钛观察到在靠近钛合金侧的钎料区中，出现 系脆性相混合的灰色簇团状组织，以及少的钎料区中，有少量的灰色块状组织和枝状以 Ti2Cu 为主的 Cu-Ti 系脆性相，不锈钢Ⅲ型接头钎料区中白色钎料大量消失，靠钢侧为未反应的 Cr 粉颗粒。接头中 Cu-T、Nb、V 固溶体与化合物 NbZn、NbZn2的
(i)Ⅴ型接头不锈钢侧断口 (g)Ⅴ型接头钛合金侧断口图 3.4 不同类型接头微观断口形貌由五类接头的断口形貌可以看出，添加粉末后断口形貌发生很大的变化。而单末的Ⅱ型接头断面处表现为冶金反应不充分，因此接头强度不高。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ口显示接头冶金反应充分，证明母材两侧添加粉末层可以保证接头冶金反应充但是Ⅳ、Ⅴ型接头由于脆性相生成量过多，以脆性断裂为主，而Ⅲ型接头以塑主，因此Ⅲ型接头的力学性能最好。 本章小结（1）根据添加粉末的种类将接头分为 5 种类型，在相同的工艺参数下，粉末渡层介入后，钛/钢钎焊接头抗剪强度明显提升。（2）粉末层的介入消除了近不锈钢侧金属间化合物过渡层，改变了接头组织的种类，降低了接头中 Fe-Ti 金属间化合物的含量，接头由脆性断裂转变为有的混合断裂模式，断裂位置也由不锈钢侧向钛合金侧过渡。其中不锈钢侧添钛合金侧添加 Nb、V 混合粉末的Ⅲ型接头性能最佳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr、V粉末层介入对钛/钢电阻钎焊接头组织和性能的影响[J]. 张鹏贤,汪舸,李世龙. 兰州理工大学学报. 2017(01)
[2]镀Ni层对钛/钢钎焊接头原子扩散行为的影响机制[J]. 张鹏贤,马驰原,于海宇. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[3]Ni喷涂层对钛?钢电阻钎焊接头力学性能的影响[J]. 张鹏贤,于海宇. 兰州理工大学学报. 2015(05)
[4]不锈钢和钛合金异种金属焊接研究进展[J]. 宋庭丰,蒋小松,莫德锋,沈一璋,朱德贵. 材料导报. 2015(11)
[5]采用铌中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧连接界面的显微组织及性能(英文)[J]. 赵东升,闫久春,刘玉君,纪卓尚. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(09)
[6]采用不同结构Cu/V填充层的钛合金/不锈钢电子束焊接试验[J]. 王廷,张秉刚,张艳桥,冯吉才,钟诗胜. 焊接学报. 2014(08)
[7]铝镁异种金属连接研究现状[J]. 孙汇彬,许惠斌,陈虹佑,唐松,罗磊. 现代焊接. 2014(01)
[8]颗粒增强复合钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能[J]. 宋晓国,曹健,陈海燕,司国栋,冯吉才. 焊接学报. 2013(07)
[9]TC4钛合金/不锈钢真空钎焊接头的界面组织及抗剪强度[J]. 秦优琼,于治水. 机械工程材料. 2012(11)
[10]Fe粉对Sn-3Ag-0.5Cu复合钎料组织及性能的影响[J]. 刘晓英,马海涛,罗忠兵,赵艳辉,黄明亮,王来. 中国有色金属学报. 2012(04)
硕士论文
[1]Ni层对钛/钢钎焊接头组织和性能的影响机制[D]. 马驰原.兰州理工大学 2014
[2]镍纳米颗粒对低银钎料的性能影响[D]. 高源.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：2931692
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