TiNi形状记忆合金与不锈钢的瞬时液相扩散连接界面组织及力学性能

发布时间：2017-09-08 13:16

  本文关键词：TiNi形状记忆合金与不锈钢的瞬时液相扩散连接界面组织及力学性能

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【摘要】：TiNi形状记忆合金(SMA)具有低密度,生物相容性良好,超弹性,耐蚀性良好等优点,在航空航天,原子能,海洋开发,仪器和医疗器械方面等有广泛应用。但任何新型材料的成功应用不仅取决于它的固有特性,而且取决于对材料的二次加工(焊接,机械加工等)。单一的钛材在许多情况下难以满足实际使用对材料综合性能的要求。将TiNi SMA与不锈钢结合起来使用,其复合构件同时具有钛合金与钢的优点,能充分发挥两种材料在性能与经济上的互补优势。瞬间液相扩散连接(TLP)技术具有钎焊和固相扩散焊的优点,既可以进行高强度低脆性的焊接,又不需要较高的压力,且连接效率较高,是实现TiNi SMA连接较为理想的工艺。因此,本论文分别采用Cu/Ni箔、Ti/Ni箔,Ti/Cu箔作为中间层,对TiNi SMA与不锈钢进行TLP连接。研究连接工艺参数(温度和时间以及压力)对连接件的界面显微组织与力学性能的影响,主要研究内容与结论如下:(1)以Cu/Ni为复合中间层,对TiNi SMA与不锈钢在不同温度下进行了TLP连接,得到了结合紧密,无孔洞,裂纹等缺陷的结合界面。但形成的接头强度太低,且脆性较高,不能满足实际应用要求。(2)以Ti/Ni为复合中间层,对TiNi SMA和不锈钢在不同温度与时间下进行TLP连接,得到了连接紧密,气孔、裂纹等缺陷较少的良好界面;随着温度的升高和保温时间的延长,扩散层宽度不断增加,连接层的显微硬度也发生明显变化;在1100℃下保温40min得到最佳的焊件表现出最大的剪切强度(约143.5MPa),焊件的断口表现出典型的脆性断口特征。(3)以Ti/Cu为复合中间层,对TiNi SMA和不锈钢在不同温度与时间下进行TLP连接,得到了连接紧密,气孔、裂纹等缺陷较少的良好界面;连接层的显微硬度随着温度的升高和保温时间的延长逐渐升高;在1100℃下保温20min得到最佳的焊件表现出最大的剪切强度(约163.1MPa),断裂发生在TiNi母材侧的TiNiCu化合物层,焊件的断口表现出典型的脆性断口特征。(4)以Ti/Cu为复合中间层,对TiNi SMA和不锈钢在高压下(4GPa)进行TLP连接,研究结果表明,与常压下的连接比较,高压下得到的连接件的连接层更致密,气孔、缩松等缺陷更少,高压抑制了一些金属间化合物形成和长大,使得界面组织中脆性相含量降低,从而提高连接件连接界面的剪切强度,其剪切强度达到194.6MPa;同时连接件的塑性也得到明显提高。
【关键词】：扩散连接 剪切强度 微观组织
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 TiNi合金与不锈钢焊接的困难10-12
• 1.3 TiNi合金与不锈钢常用的焊接方法概述12-14
• 1.3.1 钎焊12
• 1.3.2 熔焊12-13
• 1.3.3 爆炸焊13
• 1.3.4 激光焊13
• 1.3.5 扩散焊13-14
• 1.4 瞬时液相扩散连接14-22
• 1.4.1 瞬时液相扩散连接的原理14-15
• 1.4.2 瞬时液相扩散连接的过程15-16
• 1.4.3 瞬时液相扩散连接的关键技术16
• 1.4.4 瞬时液相扩散连接的主要工艺参数16-20
• 1.4.5 中间层合金20-22
• 1.5 选题意义及研究内容22-23
• 1.5.1 选题意义22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 第2章 实验方法23-28
• 2.1 实验材料的制备23-24
• 2.1.1 TiNi形状记忆合金的制备及表征23-24
• 2.1.2 其他实验材料24
• 2.2 实验方法及步骤24-27
• 2.2.1 连接件的制备24-26
• 2.2.2 连接件的性能表征方法26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 Cu/Ni为中间层TiNi形状记忆合金与不锈钢的瞬时液相扩散连接28-32
• 3.1 引言28
• 3.2 连接接头的显微组织及形成机理28-30
• 3.3 连接接头的剪切强度及分析30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 Ti/Ni为中间层TiNi形状记忆合金与不锈钢的瞬时液相扩散连接32-41
• 4.1 引言32-33
• 4.2 连接接头的显微组织及形成机理33-37
• 4.3 连接件的力学性能及其与工艺参数之间的关系37-40
• 4.3.1 显微硬度分析37
• 4.3.2 剪切性能分析37-39
• 4.3.3 断口分析39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 Ti/Cu为中间层TiNi形状记忆合金与不锈钢的瞬时液相扩散连接41-47
• 5.1 引言41-42
• 5.2 连接接头的显微组织及形成机理42-43
• 5.3 连接件的力学性能及其与工艺参数之间的关系43-45
• 5.3.1 连接层显微硬度分析43
• 5.3.2 剪切性能分析43-44
• 5.3.3 断口分析44-45
• 5.4 本章小结45-47
• 第6章 Ti/Cu为中间层TiNi形状记忆合金与不锈钢在高压下的瞬时液相扩散连接47-52
• 6.1 引言47-48
• 6.2 连接接头的显微组织及形成机理48-49
• 6.3 连接件的力学性能49-51
• 6.3.1 剪切性能分析49-50
• 6.3.2 断口分析50-51
• 6.4 本章小结51-52
• 第7章 总结与展望52-54
• 7.1 工作总结52-53
• 7.2 展望53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59-60
• 附录：个人简历、攻读硕士学位期间已发表的学位论文60

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本文编号：814234