TiAl电子束焊接裂纹形成机理及抑制方法研究
发布时间：2021-01-16 21:11
TiAl合金是一种轻质高强的新型高温结构材料,其比强度和比模量高,被认为是一种有望替代镍基高温合金的新型结构材料。但由于TiAl合金室温塑性差,焊接时极易发生开裂。本文研究TiAl合金的电子束焊接问题,提出了一种TiAl合金仿熔合线中间层设计方法,实现了TiAl合金的无裂纹连接。TiAl合金电子束直接焊时,焊缝由脆性的α2-Ti3Al相和少量的块状γ相与α2/γ层片组织构成,在焊接热循环的作用下热影响区峰值温度达到了β相变点,发生了二次相变,生成大量的α2相,显著提高了接头的裂纹敏感性。焊缝及热影响区在焊接冷却过程中始终处于高应力状态,在焊缝脆性组织与高水平残余应力的共同作用下,焊接接头发生开裂,并沿垂直于焊缝的方向扩展。引入纯V中间层对TiAl合金进行电子束焊接,焊缝显微组织得到一定程度的改善,但仍然无法避免焊接裂纹的产生。焊缝主要由Ti-V固溶体和α2-Ti3Al相组成。V元素的添加并不能完全抑制焊缝内α2脆性相的生成,因而焊接接...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ti-Al二元合金相图
α2+γ 共析反应。然而，由于 α 相与 γ 相的晶格结的过冷度远高于 α 相。因此该共析反应只能在特/γ 层片组织无法通过该共析反应获得。α2/γ 层片组进行：α+γ→α2+γα2→α2+γ组织的具体析出途径取决于合金中 Al 元素的含量素含量较低时，固态相变按照方式二进行，原始随后 γ 相于 α2相的偏位错形核长大，形成具有明。当 Al 含量较高时，固态相变按照方式一进行，γ构成 α+γ 双相组织，随着温度的进一步降低形成 α2l 合金，不同冷却条件下获得的显微组织有着显著差9Nb 合金在不同冷却条件下的 CCT 图及对应的显速度下，如炉冷或空冷才能获得层片组织，而快速状 γ 相为主的显微组织。
作为一种高温材料，TiAl 合金通常用于汽车发动机、涡轮叶片等高为保证 TiAl 合金的高温性能，通常采用 Ti 基钎料对其进行焊接[22]。]采用 Ti 基共晶钎料 Ti-28Ni （wt.%）连接高铌 TiAl 合金。研究表明℃的钎焊温度下保温时间过长时会形成较厚的 α2-Ti3Al 脆性金属间应层，使钎缝发生开裂。合理控制保温时间能够避免连续 α2脆性相而使其与 Ti2Ni 相形成网状混合组织，使接头的室温和高温（500℃）分别达到 248.6 MPa 和 166.4 MPa。Cao 等[24]采用 Ti-27Co（wt.%）共晶钎料对 TiAl 和 Ti2AlNb 异种金属连接。钎缝组织由 α2-Ti3Al，β-Ti，TiCo，Ti2Co 和 B2 相组成。随着的升高，Ti、Co 原子的扩散能力不断增强，导致靠近 TiAl 侧以 Ti3为主的反应层厚度不断增大，同时由于 Co 原子的扩散，使得钎缝o 含量降低，焊缝组织转变示意图如图 1-3 所示。当钎焊温度为 1100℃剪切强度最高，达到 223 MPa，在断口表面检测到 β-Ti 的存在。由塑韧性较好的 β-Ti 不仅能缓释接头残余应力，还能在一定程度上提力学性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子束焊接与加工技术现状及其在国内船舶领域的应用进展[J]. 万松林. 材料开发与应用. 2018(05)
[2]Ti60合金板材的室温强度与其显微组织和织构的关系[J]. 李文渊,刘建荣,陈志勇,赵子博,王清江. 材料研究学报. 2018(06)
[3]铝合金焊接工艺的研究进展[J]. 陈国庆,柳峻鹏,树西,张秉刚,冯吉才. 焊接. 2017(09)
[4]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 2015(02)
[5]航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,高帆,黄浩. 航空制造技术. 2014(07)
[6]TiAl金属间化合物电子束焊接头应力场分布特征[J]. 陈国庆,张秉刚,刘伟,冯吉才. 焊接学报. 2010(01)
[7]TC4钛合金激光拼焊接头显微组织及力学性能分析[J]. 程东海,黄继华,林海凡,张华. 焊接学报. 2009(02)
[8]TiAl/TiAl和TiAl/TC4真空电子束焊接头组织结构及焊接性[J]. 张秉刚,冯吉才,吴林,卢振. 焊接. 2004(05)
[9]不同钎料对TiAl基合金与40Cr钎焊接头强度的影响[J]. 刘景峰,朱颖,康慧,曲平,张悦. 焊接. 2004(02)
[10]钛合金的马氏体相变[J]. 邓安华. 上海有色金属. 1999(04)
博士论文
[1]TiAl合金与Si3N4陶瓷钎焊工艺及机理研究[D]. 宋晓国.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2981542
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ti-Al二元合金相图
α2+γ 共析反应。然而，由于 α 相与 γ 相的晶格结的过冷度远高于 α 相。因此该共析反应只能在特/γ 层片组织无法通过该共析反应获得。α2/γ 层片组进行：α+γ→α2+γα2→α2+γ组织的具体析出途径取决于合金中 Al 元素的含量素含量较低时，固态相变按照方式二进行，原始随后 γ 相于 α2相的偏位错形核长大，形成具有明。当 Al 含量较高时，固态相变按照方式一进行，γ构成 α+γ 双相组织，随着温度的进一步降低形成 α2l 合金，不同冷却条件下获得的显微组织有着显著差9Nb 合金在不同冷却条件下的 CCT 图及对应的显速度下，如炉冷或空冷才能获得层片组织，而快速状 γ 相为主的显微组织。
作为一种高温材料，TiAl 合金通常用于汽车发动机、涡轮叶片等高为保证 TiAl 合金的高温性能，通常采用 Ti 基钎料对其进行焊接[22]。]采用 Ti 基共晶钎料 Ti-28Ni （wt.%）连接高铌 TiAl 合金。研究表明℃的钎焊温度下保温时间过长时会形成较厚的 α2-Ti3Al 脆性金属间应层，使钎缝发生开裂。合理控制保温时间能够避免连续 α2脆性相而使其与 Ti2Ni 相形成网状混合组织，使接头的室温和高温（500℃）分别达到 248.6 MPa 和 166.4 MPa。Cao 等[24]采用 Ti-27Co（wt.%）共晶钎料对 TiAl 和 Ti2AlNb 异种金属连接。钎缝组织由 α2-Ti3Al，β-Ti，TiCo，Ti2Co 和 B2 相组成。随着的升高，Ti、Co 原子的扩散能力不断增强，导致靠近 TiAl 侧以 Ti3为主的反应层厚度不断增大，同时由于 Co 原子的扩散，使得钎缝o 含量降低，焊缝组织转变示意图如图 1-3 所示。当钎焊温度为 1100℃剪切强度最高，达到 223 MPa，在断口表面检测到 β-Ti 的存在。由塑韧性较好的 β-Ti 不仅能缓释接头残余应力，还能在一定程度上提力学性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子束焊接与加工技术现状及其在国内船舶领域的应用进展[J]. 万松林. 材料开发与应用. 2018(05)
[2]Ti60合金板材的室温强度与其显微组织和织构的关系[J]. 李文渊,刘建荣,陈志勇,赵子博,王清江. 材料研究学报. 2018(06)
[3]铝合金焊接工艺的研究进展[J]. 陈国庆,柳峻鹏,树西,张秉刚,冯吉才. 焊接. 2017(09)
[4]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 2015(02)
[5]航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,高帆,黄浩. 航空制造技术. 2014(07)
[6]TiAl金属间化合物电子束焊接头应力场分布特征[J]. 陈国庆,张秉刚,刘伟,冯吉才. 焊接学报. 2010(01)
[7]TC4钛合金激光拼焊接头显微组织及力学性能分析[J]. 程东海,黄继华,林海凡,张华. 焊接学报. 2009(02)
[8]TiAl/TiAl和TiAl/TC4真空电子束焊接头组织结构及焊接性[J]. 张秉刚,冯吉才,吴林,卢振. 焊接. 2004(05)
[9]不同钎料对TiAl基合金与40Cr钎焊接头强度的影响[J]. 刘景峰,朱颖,康慧,曲平,张悦. 焊接. 2004(02)
[10]钛合金的马氏体相变[J]. 邓安华. 上海有色金属. 1999(04)
博士论文
[1]TiAl合金与Si3N4陶瓷钎焊工艺及机理研究[D]. 宋晓国.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：2981542
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2981542.html
