高铌TiAl合金钎焊工艺及接头性能研究

发布时间：2017-10-24 20:37

  本文关键词：高铌TiAl合金钎焊工艺及接头性能研究

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【摘要】：本文采用自制的Ti-28Ni(wt.%)共晶钎料实现了高铌Ti Al合金的可靠无缺陷钎焊连接。研究了钎焊工艺对界面组织和接头连接性能的影响,获得了最优的钎焊工艺(1100°C/15min)。选取最优工艺下获得的钎焊接头进行了800°C的高温耐久性试验,分析了高温以及空气氧化腐蚀作用对接头内部界面组织、钎缝端部组织和母材表面组织的影响,综合探究了接头的断裂位置与剪切强度以及接头组织之间的关系。归纳了接头的形成和演化过程,对接头反应层的生长行为进行了研究。真空电弧熔炼方法制备的Ti-28Ni共晶钎料主要由δ-Ti2Ni相和Ti基固溶体构成,钎料的固相线和液相线温度分别为940°C和980°C。钎焊接头的界面组织为对称结构,包含两个扩散区和一个钎缝区,界面中形成了α2-Ti3Al,δ-Ti2Ni,τ3-Al3Ni Ti2和B2相。钎焊工艺对界面组织有很大的影响,随着钎焊温度升高或保温时间的延长,Ni元素从钎料向母材的扩散量增多,促进了扩散区的增宽和钎缝区的变窄,但是钎缝区中连续的α2-Ti3Al物相层对钎焊工艺的变化并不敏感。1100°C/15min工艺下获得的接头具备了最大的室温和高温剪切强度,分别为248.6MPa和166.4MPa。裂纹倾向在连续的δ-Ti2Ni和α2-Ti3Al层中形成和扩展,过高的钎焊温度和过长的保温时间引起接头脆性增加,导致扩散区在剪切试验中产生大量裂纹。最优工艺下(1100°C/15min)获得的高铌Ti Al合金钎焊接头在经受300h的高温耐久性试验后,接头内部的界面形貌、物相构成以及元素含量并未发生明显的变化。钎缝端部组织在高温保存时间超过55h后,端部表面开始生成混合氧化物反应层,氧化膜下方形成了多孔结构,300h后氧化腐蚀深度达到了25μm左右。母材表面氧化物随时间延长不断增多,300h后母材表面生成了5μm厚的氧化物反应层。300h时接头室温剪切强度降低为最小值147.8MPa。与未进行高温试验的接头剪切强度相比(248.6MPa)降低了约40.5%。高温氧化环境引起了接头组织脆性增加,尤其是钎缝端部经受长时间氧化腐蚀后形成了孔洞结构,剪切试验中裂纹容易在该区域形成并扩展到接头内部,导致了接头剪切强度的迅速降低。1100°C/15min钎焊条件下获得的典型接头的形成过程可以细划为六个阶段。不同钎焊工艺下获得的接头具有相似的形成过程,但之间也有一些不同。利用菲克第一和第二扩散定律,结合Ni元素在扩散区中的扩散行为,对扩散区的生长进行动力学分析,获得了扩散区生长动力学方程。
【关键词】：高铌TiAl合金 钎焊 微观组织 连接性能 高温性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景与研究意义9-10
• 1.2 TiAl基合金连接的研究现状10-18
• 1.2.1 TiAl基合金的熔化焊连接10-12
• 1.2.2 TiAl基合金的摩擦焊连接12
• 1.2.3 TiAl基合金的扩散连接12-14
• 1.2.4 TiAl基合金的钎焊连接14-18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 第2章 试验材料和方法19-25
• 2.1 试验材料19-20
• 2.1.1 试验母材19
• 2.1.2 钎料选择19-20
• 2.2 试验设备20-21
• 2.3 试验方法21-23
• 2.3.1 钎料制备21-22
• 2.3.2 钎焊过程22-23
• 2.3.3 高温耐久性试验23
• 2.4 钎焊接头组织分析23
• 2.5 钎焊接头性能测试和断口分析23-25
• 第3章 Ti-28Ni钎料钎焊高铌TiAl合金工艺研究25-41
• 3.1 Ti-28Ni钎料显微组织和物相分析25-26
• 3.2 钎焊工艺及界面组织分析26-39
• 3.2.1 钎焊温度对界面微观组织和力学性能的影响26-32
• 3.2.2 保温时间对界面微观组织和力学性能的影响32-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第4章 接头高温耐久性试验研究41-55
• 4.1 耐久性试验对接头微观组织的影响41-51
• 4.1.1 接头内部的组织变化41-47
• 4.1.2 钎缝端部的组织变化47-48
• 4.1.3 母材表面的组织变化48-51
• 4.2 耐久性试验对接头性能的影响51-53
• 4.3 本章小结53-55
• 第5章 界面扩散区生长动力学分析55-64
• 5.1 高铌TiAl合金钎焊接头的形成过程55-58
• 5.2 扩散区生长行为研究58-63
• 5.2.1 动力学模型建立58-61
• 5.2.2 动力学参数计算61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵丽利;林均品;王艳丽;叶丰;陈国良;;Ti50Al和Ti45A18Nb合金高温初期氧化行为[J];金属学报;2008年05期

2 林均品;陈国良;;TiAl基金属间化合物的发展[J];中国材料进展;2009年01期

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本文编号：1090466