TiAl合金与Ni基高温合金用钛基钎料及其钎焊技术研究
发布时间：2021-06-17 23:04
TiAl合金具有高比刚度、高比强度以及优异的抗氧化性能和良好的高温力学性能,是目前具有潜力取代镍基高温合金和耐热钢的理想的轻质高温结构材料。与Ni基高温合金相比,TiAl合金的密度仅为其一半,用它取代部分Ni基高温合金应用于航空、航天飞行器可以显著减轻飞行器的重量,进而增加工作效率和降低燃油消耗。钎焊被认为是实现TiAl合金与Ni基高温合金连接较为有效的方法。本课题主要是研制一种适合TiAl合金和GH536镍基高温合金钎焊用的新型低熔点钛基钎料合金,并着重研究其钎焊连接技术。研究了新型钛基钎料的钎焊工艺特性及相应钎焊工艺参数对TiAl合金与Ni基高温合金钎焊接头的显微组织和力学性能的影响规律,阐明了钎焊接头显微组织的形成机理。研制了Ti-30Zr-10Fe-5Cu-4Ni-3Co-2Mo（wt.%）钎料合金,运用SEM、EDS、XRD和DSC等对钎料合金的显微组织、熔化特性和润湿铺展性进行检测分析。结果表明,快速凝固技术制备的钎料合金箔带组织均匀、元素分布均匀,具有较低的固液相线以及窄的熔化温度区间。钎料的润湿铺展面积都随着试验温度和保温时间的增大而增大。钎焊接头由TiAl合金一侧到G...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ti-Ni-Nb合金焊丝得到的Ti3Al/GH4169接头微观组织
示了La元素含量对Ti-Cu-Ni基钎料及其焊接接头性能的影响。结果表明，加入La元仅可以降低液态钎料的表面张力、提高钎料的润湿铺展能力，还可以影响接头的显织，进而提高接头的力学性能。当La的含量为 1.5%时，接头的抗拉强度达到 273 MP何鹏等人[47]采用BNi2钎料真空钎焊TiAl合金与GH99 镍基高温合金，对不同钎焊、不同保温时间对接头的界面组织和抗剪强度的影响进行了系统的研究。图 1-2(a)用BNi2钎料钎焊得到的TiAl/GH99 接头界面组织背散射电子图。根据实验结果，050 ℃/5 min规范下所得接头的抗剪强度最高为 205 MPa，接头的断裂位置主要集中iNiAl反应层。随着钎焊温度升高或保温时间继续延长，TiNiAl厚度显著增加，对接性能造成不利影响。他们还采用Ti箔作为中间层实现了TiAl基合金与GH99 镍基高金的接触反应钎焊[48]。图 1-2(b)是采用Ti箔钎焊得到的TiAl/GH99 钎焊接头的界面组织。1000 ℃钎焊 10 min所得钎焊接头的剪切强度最大，为 233 MPa。钎焊温度继高，Ti3Al和Al3NiTi2组织变得粗大，导致接头性能下降。
GH536 合金是一种以 Ni-Cr-Fe 为基的固溶强化型高温合金[52]。图 2-2(a)所示H536 合金母材的金相图片，由图可知 GH536 合金母材的晶粒尺寸较大，在晶内和上均可观察到大量横向分布的析出相。GH536 合金母材的 X 射线衍射分析结果如2(b)所示，可知 GH536 合金主要的物相成分是 Cr0.19Fe0.7Ni0.11。实验中使用的钎料为 Ti-30Zr-10Fe-5Cu-4Ni-3Co-2Mo(wt.%)，是通过真空电弧炉熔炼成合金铸锭后，用快速凝固技术制备得到的约为 40 μm 厚的合金箔带。钎料合金熔炼所需的原材料 Ti、Zr、Ni、Fe、Cu、Co、Mo 等金属颗粒，每种原料的纯度均≥99.9%。表 2-1 试验母材化学成分Table 2-1 Chemical compositions of parent materials (at.%)Al Ni Cr Ti Nb Fe Co Mo WTiAl 43.69 － 2.71 Bal 2.38 － － － －GH536 0.40 Bal 25.65 － － 18.47 2.05 5.30 0.24
本文编号：3236088
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ti-Ni-Nb合金焊丝得到的Ti3Al/GH4169接头微观组织
示了La元素含量对Ti-Cu-Ni基钎料及其焊接接头性能的影响。结果表明，加入La元仅可以降低液态钎料的表面张力、提高钎料的润湿铺展能力，还可以影响接头的显织，进而提高接头的力学性能。当La的含量为 1.5%时，接头的抗拉强度达到 273 MP何鹏等人[47]采用BNi2钎料真空钎焊TiAl合金与GH99 镍基高温合金，对不同钎焊、不同保温时间对接头的界面组织和抗剪强度的影响进行了系统的研究。图 1-2(a)用BNi2钎料钎焊得到的TiAl/GH99 接头界面组织背散射电子图。根据实验结果，050 ℃/5 min规范下所得接头的抗剪强度最高为 205 MPa，接头的断裂位置主要集中iNiAl反应层。随着钎焊温度升高或保温时间继续延长，TiNiAl厚度显著增加，对接性能造成不利影响。他们还采用Ti箔作为中间层实现了TiAl基合金与GH99 镍基高金的接触反应钎焊[48]。图 1-2(b)是采用Ti箔钎焊得到的TiAl/GH99 钎焊接头的界面组织。1000 ℃钎焊 10 min所得钎焊接头的剪切强度最大，为 233 MPa。钎焊温度继高，Ti3Al和Al3NiTi2组织变得粗大，导致接头性能下降。
GH536 合金是一种以 Ni-Cr-Fe 为基的固溶强化型高温合金[52]。图 2-2(a)所示H536 合金母材的金相图片，由图可知 GH536 合金母材的晶粒尺寸较大，在晶内和上均可观察到大量横向分布的析出相。GH536 合金母材的 X 射线衍射分析结果如2(b)所示，可知 GH536 合金主要的物相成分是 Cr0.19Fe0.7Ni0.11。实验中使用的钎料为 Ti-30Zr-10Fe-5Cu-4Ni-3Co-2Mo(wt.%)，是通过真空电弧炉熔炼成合金铸锭后，用快速凝固技术制备得到的约为 40 μm 厚的合金箔带。钎料合金熔炼所需的原材料 Ti、Zr、Ni、Fe、Cu、Co、Mo 等金属颗粒，每种原料的纯度均≥99.9%。表 2-1 试验母材化学成分Table 2-1 Chemical compositions of parent materials (at.%)Al Ni Cr Ti Nb Fe Co Mo WTiAl 43.69 － 2.71 Bal 2.38 － － － －GH536 0.40 Bal 25.65 － － 18.47 2.05 5.30 0.24
本文编号：3236088
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