TA2与TU2扩散焊接及性能研究
发布时间：2021-10-08 19:29
铜及其合金和钛及其合金的连接在工业的发展中占有重要的地位。如在航空航天工业的发展中,针对战机航空发动机恒速装置中的多元精密摩擦副类的组合筒形构件,急需用钛合金缸体-铜合金缸套柱塞转子替代目前笨重的钢质缸体-铜合金缸套柱塞转子,以减轻飞机重量和提高比强度。在此背景下,对钛合金与铜合金的有效连接将有非常重要的研究意义。但钛与铜的扩散连接强度受到Ti和Cu扩散形成的脆性金属间化合物影响,通过采用有效的中间层能够有效地避免或减少金属间化合物的形成,这对接头性能的改善非常有利。本课题选用工业纯钛TA2和紫铜TU2作为研究母材,采用真空扩散的连接方法,实现了TA2和TU2直接以及加入中间层Ni、Nb和Ni/Nb的扩散连接。通过SEM、XRD、EDS和显微硬度仪对接头界面的显微结构和扩散产物进行了表征。研究了不同工艺参数以及中间层下焊接接头显微组织对宏观力学性能的影响规律。TU2/TA2直接扩散焊接接头由于界面生成了脆性金属间化合物,所得接头强度较低。在焊接温度800℃和保温时间30min条件下达到极大值,为67.2MPa。断裂主要发生在焊接界面的Ti-Cu脆性金属间化合物层,断口表面平整光滑,无明...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 钛/铜异种金属焊接性分析
1.3 钛/铜组合结构件研究与发展
1.3.1 钛/铜组合结构件的研究背景
1.3.2 钛/铜组合结构件连接强度的研究现状
1.4 本课题选用的钛-铜组合结构件制备工艺
1.5 本课题主要研究内容
第2章 试验材料与方法
2.1 引言
2.2 试验用试样的制备
2.2.1 试验材料
2.2.2 试验设备
2.3 试验方法设计
2.4 试样表征分析
2.4.1 连接界面的微观组织观察
2.4.2 接头断口形貌及成分分析
2.4.3 接头力学性能测定
第3章 TA2/TU2 直接扩散连接研究
3.1 前言
3.2 TA2/TU2 的直接扩散焊接试验
3.3 焊接温度对TA2/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
3.3.1 不同焊接温度下获得的TA2/TU2 焊接接头的抗拉强度
3.3.2 不同焊接温度下获得的TA2/TU2 焊接接头的显微结构
3.3.3 不同焊接温度下获得的TA2/TU2 焊接接头拉伸断口分析
3.4 保温时间对TA2/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
3.4.1 不同保温时间下获得的TA2/TU2 焊接接头抗拉强度
3.4.2 不同保温时间下获得的TA2/TU2 焊接接头的显微结构
3.4.3 不同保温时间下获得的TA2/TU2 焊接接头拉伸断口分析
3.5 TA2/TU2 焊接接头焊接机理分析
3.5.1 TA2/TU2 焊接接头的显微硬度
3.5.2 TA2/TU2 焊接接头的界面元素分析
3.5.3 TA2/TU2 焊接接头断口物相分析
3.6 小结
第4章 Ni作中间层的TA2/TU2 扩散焊接研究
4.1 引言
4.2 焊接温度对TA2/Ni/TU2 焊接接头的显微结构及其力学性能的影响
4.2.1 不同焊接温度下的TA2/Ni/TU2 焊接接头的显微结构
4.2.2 不同焊接温度下制备的TA2/Ni/TU2 焊接接头的力学性能
4.2.3 不同焊接温度下制备的TA2/Ni/TU2 焊接接头拉伸断口分析
4.3 小结
第5章 Nb作中间层的TA2/TU2 扩散焊接研究
5.1 引言
5.2 TA2/Nb/TU2 扩散焊接试验
5.3 焊接温度对TA2/Nb/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
5.3.1 不同焊接温度下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头抗拉强度
5.3.2 不同焊接温度下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头的显微结构
5.3.3 不同焊接温度下TA2/Nb/TU2 焊接接头拉伸断口分析
5.4 保温时间对TA2/Nb/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
5.4.1 不同保温时间下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头抗拉强度
5.4.2 不同保温时间下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头的显微结构
5.4.3 不同保温时间下TA2/Nb/TU2 焊接接头拉伸断口分析
5.5 TA2/Nb/TU2 焊接接头焊接机理分析
5.5.1 TA2/Nb/TU2 焊接接头的显微硬度
5.5.2 TA2/Nb/TU2 焊接接头的界面元素分析
5.5.3 TA2/Nb/TU2 焊接接头断口物相分析
5.6 小结
第6章 Nb/Ni复合中间层TA2与TU2 的扩散连接研究
6.1 引言
6.2 焊接工艺参数对TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头的显微结构及其力学性能的影响
6.2.1 不同工艺参数下的TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头的显微结构
6.2.2 不同工艺参数下制备的TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头的力学性能
6.2.3 不同工艺参数下制备的TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头拉伸断口分析
6.3 小结
第7章 Cu/Ti直接扩散及加入中间层的焊接接头形成机理研究
7.1 引言
7.2 TU2/TA2 直接扩散焊接接头形成机理
7.2.1 Boltzmann-Matano方法介绍
7.2.2 Cu/Ti接头界面过渡区元素D-C分布方程的确定
7.2.3 Cu/Ti接头界面过渡区元素的扩散系数
7.2.4 Cu/Ti接头界面过渡区扩散距离的数值分析
7.2.5 Cu/Ti焊接接头金属间化合物形成和生长机理
7.3 TU2/Ni/TA2 焊接接头形成机理
7.4 TU2/Nb/TA2 焊接接头形成机理
7.5 TU2/Ni/Nb/TA2 焊接接头形成机理
7.6 小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩散连接技术在钛合金加工中的应用及研究进展[J]. 高文静,雷君相. 有色金属材料与工程. 2017(04)
[2]浅谈异种金属的焊接[J]. 葛会冰,苏立国. 山东工业技术. 2016(13)
[3]浅析异种金属材料物理性质对焊接的影响[J]. 花雷生. 中国高新技术企业. 2016(08)
[4]Interfacial Characterization and Mechanical Property of Ti/Cu Clad Sheet Produced by Explosive Welding and Annealing[J]. 祖国胤,LI Xiaobing,ZHANG Jinghua,ZHANG Hao. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(06)
[5]利用Ag箔作中间层实现Ti-6Al-4V钛合金/无氧铜的低温高强扩散焊接（英文）[J]. 沈强,向会英,李美娟,罗国强,王仪宇,王传彬,张联盟. 稀有金属材料与工程. 2015(11)
[6]工业纯钛TA2/紫铜T2异种金属CMT焊接接头的微观组织和腐蚀性能[J]. 曹睿,冯振,陈剑虹,景敏. 焊接学报. 2015(01)
[7]钛/铜异种金属连接技术研究进展[J]. 冯振,曹睿,温宝峰,陈剑虹. 焊接. 2014(05)
[8]Cu/Ti异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能[J]. 姚磊,沈以赴,李博,胡伟叶. 焊接学报. 2014(02)
[9]钛合金Ti6Al4V/纯铜T2冷金属过渡搭接焊焊接接头组织与性能[J]. 冯振,曹睿,陈剑虹. 机械工程学报. 2014(16)
[10]铜/钛搅拌摩擦搭焊接头特征及界面结合机制[J]. 姚磊,沈以赴,李博,周冠男,吴小伟,胡伟叶. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
博士论文
[1]异种材料Ti-6Al-4V/ZQSn10-10扩散连接研究[D]. 宋敏霞.吉林大学 2007
硕士论文
[1]TC18钛合金的组织性能研究[D]. 王磊.西安建筑科技大学 2017
[2]添加Ag中间层的TC4与OFC扩散焊接研究[D]. 向会英.武汉理工大学 2014
[3]铜-钛爆炸复合板的界面分析与性能研究[D]. 张精华.东北大学 2013
[4]铜钛异种金属搅拌摩擦搭焊工艺及接头组织与性能[D]. 姚磊.南京航空航天大学 2013
[5]预置填充层钛/铜合金电子束焊接工艺研究[D]. 唐奇.哈尔滨工业大学 2011
[6]钛极板铜耳连接的工艺及设备[D]. 吴昌玉.兰州理工大学 2010
[7]钛种板与铜耳的电阻钎焊技术[D]. 韩方东.兰州理工大学 2009
[8]Ni、Nb中间层钛合金与不锈钢真空热轧连接工艺研究[D]. 王利媛.哈尔滨工业大学 2007
[9]QCr0.8/TC4异种材料电子束焊接工艺研究[D]. 赵海生.哈尔滨工业大学 2007
[10]Ti-6Al-4V与QAl10-3-1.5扩散连接工艺研究[D]. 杨飚.吉林大学 2006
本文编号：3424817
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 钛/铜异种金属焊接性分析
1.3 钛/铜组合结构件研究与发展
1.3.1 钛/铜组合结构件的研究背景
1.3.2 钛/铜组合结构件连接强度的研究现状
1.4 本课题选用的钛-铜组合结构件制备工艺
1.5 本课题主要研究内容
第2章 试验材料与方法
2.1 引言
2.2 试验用试样的制备
2.2.1 试验材料
2.2.2 试验设备
2.3 试验方法设计
2.4 试样表征分析
2.4.1 连接界面的微观组织观察
2.4.2 接头断口形貌及成分分析
2.4.3 接头力学性能测定
第3章 TA2/TU2 直接扩散连接研究
3.1 前言
3.2 TA2/TU2 的直接扩散焊接试验
3.3 焊接温度对TA2/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
3.3.1 不同焊接温度下获得的TA2/TU2 焊接接头的抗拉强度
3.3.2 不同焊接温度下获得的TA2/TU2 焊接接头的显微结构
3.3.3 不同焊接温度下获得的TA2/TU2 焊接接头拉伸断口分析
3.4 保温时间对TA2/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
3.4.1 不同保温时间下获得的TA2/TU2 焊接接头抗拉强度
3.4.2 不同保温时间下获得的TA2/TU2 焊接接头的显微结构
3.4.3 不同保温时间下获得的TA2/TU2 焊接接头拉伸断口分析
3.5 TA2/TU2 焊接接头焊接机理分析
3.5.1 TA2/TU2 焊接接头的显微硬度
3.5.2 TA2/TU2 焊接接头的界面元素分析
3.5.3 TA2/TU2 焊接接头断口物相分析
3.6 小结
第4章 Ni作中间层的TA2/TU2 扩散焊接研究
4.1 引言
4.2 焊接温度对TA2/Ni/TU2 焊接接头的显微结构及其力学性能的影响
4.2.1 不同焊接温度下的TA2/Ni/TU2 焊接接头的显微结构
4.2.2 不同焊接温度下制备的TA2/Ni/TU2 焊接接头的力学性能
4.2.3 不同焊接温度下制备的TA2/Ni/TU2 焊接接头拉伸断口分析
4.3 小结
第5章 Nb作中间层的TA2/TU2 扩散焊接研究
5.1 引言
5.2 TA2/Nb/TU2 扩散焊接试验
5.3 焊接温度对TA2/Nb/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
5.3.1 不同焊接温度下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头抗拉强度
5.3.2 不同焊接温度下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头的显微结构
5.3.3 不同焊接温度下TA2/Nb/TU2 焊接接头拉伸断口分析
5.4 保温时间对TA2/Nb/TU2 焊接接头的抗拉强度和显微结构的影响
5.4.1 不同保温时间下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头抗拉强度
5.4.2 不同保温时间下获得的TA2/Nb/TU2 焊接接头的显微结构
5.4.3 不同保温时间下TA2/Nb/TU2 焊接接头拉伸断口分析
5.5 TA2/Nb/TU2 焊接接头焊接机理分析
5.5.1 TA2/Nb/TU2 焊接接头的显微硬度
5.5.2 TA2/Nb/TU2 焊接接头的界面元素分析
5.5.3 TA2/Nb/TU2 焊接接头断口物相分析
5.6 小结
第6章 Nb/Ni复合中间层TA2与TU2 的扩散连接研究
6.1 引言
6.2 焊接工艺参数对TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头的显微结构及其力学性能的影响
6.2.1 不同工艺参数下的TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头的显微结构
6.2.2 不同工艺参数下制备的TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头的力学性能
6.2.3 不同工艺参数下制备的TA2/Nb/Ni/TU2 焊接接头拉伸断口分析
6.3 小结
第7章 Cu/Ti直接扩散及加入中间层的焊接接头形成机理研究
7.1 引言
7.2 TU2/TA2 直接扩散焊接接头形成机理
7.2.1 Boltzmann-Matano方法介绍
7.2.2 Cu/Ti接头界面过渡区元素D-C分布方程的确定
7.2.3 Cu/Ti接头界面过渡区元素的扩散系数
7.2.4 Cu/Ti接头界面过渡区扩散距离的数值分析
7.2.5 Cu/Ti焊接接头金属间化合物形成和生长机理
7.3 TU2/Ni/TA2 焊接接头形成机理
7.4 TU2/Nb/TA2 焊接接头形成机理
7.5 TU2/Ni/Nb/TA2 焊接接头形成机理
7.6 小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩散连接技术在钛合金加工中的应用及研究进展[J]. 高文静,雷君相. 有色金属材料与工程. 2017(04)
[2]浅谈异种金属的焊接[J]. 葛会冰,苏立国. 山东工业技术. 2016(13)
[3]浅析异种金属材料物理性质对焊接的影响[J]. 花雷生. 中国高新技术企业. 2016(08)
[4]Interfacial Characterization and Mechanical Property of Ti/Cu Clad Sheet Produced by Explosive Welding and Annealing[J]. 祖国胤,LI Xiaobing,ZHANG Jinghua,ZHANG Hao. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2015(06)
[5]利用Ag箔作中间层实现Ti-6Al-4V钛合金/无氧铜的低温高强扩散焊接（英文）[J]. 沈强,向会英,李美娟,罗国强,王仪宇,王传彬,张联盟. 稀有金属材料与工程. 2015(11)
[6]工业纯钛TA2/紫铜T2异种金属CMT焊接接头的微观组织和腐蚀性能[J]. 曹睿,冯振,陈剑虹,景敏. 焊接学报. 2015(01)
[7]钛/铜异种金属连接技术研究进展[J]. 冯振,曹睿,温宝峰,陈剑虹. 焊接. 2014(05)
[8]Cu/Ti异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能[J]. 姚磊,沈以赴,李博,胡伟叶. 焊接学报. 2014(02)
[9]钛合金Ti6Al4V/纯铜T2冷金属过渡搭接焊焊接接头组织与性能[J]. 冯振,曹睿,陈剑虹. 机械工程学报. 2014(16)
[10]铜/钛搅拌摩擦搭焊接头特征及界面结合机制[J]. 姚磊,沈以赴,李博,周冠男,吴小伟,胡伟叶. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
博士论文
[1]异种材料Ti-6Al-4V/ZQSn10-10扩散连接研究[D]. 宋敏霞.吉林大学 2007
硕士论文
[1]TC18钛合金的组织性能研究[D]. 王磊.西安建筑科技大学 2017
[2]添加Ag中间层的TC4与OFC扩散焊接研究[D]. 向会英.武汉理工大学 2014
[3]铜-钛爆炸复合板的界面分析与性能研究[D]. 张精华.东北大学 2013
[4]铜钛异种金属搅拌摩擦搭焊工艺及接头组织与性能[D]. 姚磊.南京航空航天大学 2013
[5]预置填充层钛/铜合金电子束焊接工艺研究[D]. 唐奇.哈尔滨工业大学 2011
[6]钛极板铜耳连接的工艺及设备[D]. 吴昌玉.兰州理工大学 2010
[7]钛种板与铜耳的电阻钎焊技术[D]. 韩方东.兰州理工大学 2009
[8]Ni、Nb中间层钛合金与不锈钢真空热轧连接工艺研究[D]. 王利媛.哈尔滨工业大学 2007
[9]QCr0.8/TC4异种材料电子束焊接工艺研究[D]. 赵海生.哈尔滨工业大学 2007
[10]Ti-6Al-4V与QAl10-3-1.5扩散连接工艺研究[D]. 杨飚.吉林大学 2006
本文编号：3424817
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