镁—钛异种材料的扩散钎焊及TIG熔钎焊研究

发布时间：2017-08-24 13:12

  本文关键词：镁—钛异种材料的扩散钎焊及TIG熔钎焊研究

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【摘要】：镁合金具有密度小、比强度高、制造成本低、散热性好等优点而逐渐受到重视,但由于镁合金在高温条件下的力学、耐腐蚀性能等不理想而很大程度限制了其广泛应用。钛合金由于具有高的比强度、耐热与耐蚀性好、断裂韧性强等特点,而在航空航天、医疗器械、地质勘探等领域逐渐得到广泛应用。为了发挥镁钛异种金属各自的性能优势,进一步扩大镁合金作为结构件在高新技术领域的应用,很有必要将镁合金与钛合金连接起来获得界面结合牢固的焊接接头,这样既可以降低结构重量又可以发挥各自性能。本文对镁合金AZ31B与钛合金TC4进行了夹层扩散钎焊和熔钎焊(TIG)实验,利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、显微硬度计、剪切强度分析等测试方法,测试、分析了焊接接头界面的微观结构、主元素的扩散行为以及力学性能,研究了焊接工艺对微观结构、主元素的扩散行为以及力学性能的影响规律。研究得出如下结论:⑴Cu+Al双夹层AZ31B/TC4扩散钎焊接头扩散区的显微组织由α-Mg及沿其晶界分布的Mg17(Cu,Al)12、Mg-Cu-Al化合物以及(α-Mg+Mg17(Cu,Al)12+Mg2Cu)共晶体组成。⑵Cu+Al双夹层的AZ31B//TC4扩散钎焊接头扩散区的显微硬度值从钛合金一侧至镁合金一侧呈逐渐变小的变化趋势;接头的剪切强度随保温时间的延长呈先增加后减小的变化规律,520℃、10min时接头的剪切强度达到最大60.5 MPa,接头的断裂面位于界面靠近Ti基体一侧,断口由许多小平台构成。⑶在520℃-540℃、5min-30min条件下,ZnAl15夹层的AZ31B/TC4扩散钎焊接头扩散区的组织组成物包括α-Mg固溶体、Mg-Al-Zn化合物及(α-Mg+Al6Mg11Zn11)共晶体。⑷ZnAl15夹层的AZ31B/TC4扩散钎焊接头扩散区的显微硬度呈台阶式分布,靠近钛侧的显微硬度值最大,靠近镁侧的显微硬度值最小。接头剪切强度随着保温时间的延长呈先增加后减小的规律,520℃、20min时的剪切强度达到最大值71MPa,约为AZ31B母材的49.6%,断口由不同大小、形状不规则的冰晶状物相组成,呈现沿晶断裂特征。⑸焊接电流对AZ31B/TC4的TIG熔钎焊焊接头的界面结合影响较大。60A的AZ31B/TC4的TIG熔钎焊焊接头界面以机械结合为主;焊接电流为70-80A时,接头界面以冶金结合为主。随着电流的提高,接头扩散区宽度增大。在其他工艺条件相同时,镁板在上、钛板在下的搭接形式的接头结合状况优于钛板在上、镁板在下的搭接形式,且其接头的剪切强度随着焊接电流的增大而增加,焊接电流为80A、Al夹层的接头剪切强度最大,约为58MPa。
【关键词】：镁合金 钛合金 扩散钎焊 中夹层 TIG熔钎焊 微观组织 性能
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG454
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 镁及镁合金概述8-10
• 1.1.1 镁的特点及性质8-9
• 1.1.2 镁合金的分类、特点及应用9-10
• 1.2 镁合金的焊接性及其焊接发展10-11
• 1.2.1 镁合金的焊接性10-11
• 1.2.2 镁合金的焊接进展11
• 1.3 钛及钛合金的概述11-13
• 1.3.1 钛合金的分类及应用12
• 1.3.2 钛合金的焊接性及焊接进展12-13
• 1.3.3 钛合金的焊接发展13
• 1.4 扩散钎焊13-15
• 1.5 TIG熔钎焊15-16
• 1.6 镁/钛异种金属的焊接性分析16-17
• 1.7 镁/钛异种金属焊接的研究现状17-19
• 1.8 本文的研究内容及意义19-20
• 2 实验材料及方法20-25
• 2.1 实验材料20-21
• 2.2 实验设备21
• 2.3 实验方法21-23
• 2.4 组织分析与性能测试23-25
• 3 以Cu+Al为中间层的AZ31B/TC4扩散钎焊25-35
• 3.1 引言25-26
• 3.2 工艺参数对扩散钎焊接头界面结合状况的影响26-27
• 3.3 AZ31B/TC4扩散钎焊接头的微观组织分析27-28
• 3.4 Cu+Al夹层AZ31B/TC4熔钎焊接头形成过程分析28-30
• 3.5 工艺参数对Cu+Al夹层AZ31B/TC4接头钎缝区微观组织结构的影响30-32
• 3.5.1 焊接温度的影响30-31
• 3.5.2 保温时间的影响31-32
• 3.6 保温时间对焊接界面显微硬度的影响32
• 3.7 保温时间对焊接界面剪切强度的影响32-33
• 3.8 焊接接头的断口形貌33
• 3.9 本章小结33-35
• 4 ZnAl_(15)夹层AZ31B/TC4扩散钎焊接头的微观结构及性能35-42
• 4.1 ZnAl_(15)夹层AZ31B/TC4扩散钎焊接头的显微组织分析35-37
• 4.2 保温时间对接头界面微观组织的影响37-38
• 4.3 焊接温度对接头界面微观组织的影响38-39
• 4.4 保温时间对ZnAl_(15)夹层AZ31B/TC4扩散钎焊接头力学性能的影响39-40
• 4.4.1 保温时间对接头显微硬度的影响39-40
• 4.4.2 保温时间对接头剪切强度的影响40
• 4.5 ZnAl_(15)钎料AZ31B扩散钎焊接头的断口分析40-41
• 4.6 本章小结41-42
• 5 AZ31B/TC4异种材料的TIG熔钎焊42-49
• 5.1 引言42
• 5.2 AZ31B/TC4熔钎焊接头的外观形貌42-44
• 5.2.1 电弧加热钛基体形成的AZ31B/TC4熔钎焊接头的外观形貌42-43
• 5.2.2 电弧加热镁基体形成的AZ31B/TC4熔钎焊接头的外观形貌43-44
• 5.3 AZ31B/TC4熔钎焊接头的形成机理及微观形貌44-47
• 5.3.1 AZ31B/TC4熔钎焊接头的形成机理44-45
• 5.3.2 AZ31B/TC4熔钎焊接头的微观组织45-47
• 5.4 焊接电流对AZ31B/TC4熔钎焊接头钎焊缝宽度的影响47-48
• 5.5 焊接工艺对接头剪切强度的影响48
• 5.6 本章小结48-49
• 6 结论49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-54
• 附录54

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本文编号：731478