热氢处理对电场作用下Ti3Al合金扩散连接的影响

发布时间：2017-09-24 08:04

  本文关键词：热氢处理对电场作用下Ti3Al合金扩散连接的影响

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【摘要】：本文研究了热氢处理对电场作用下Ti3Al合金(Ti-24Al-14Nb-3V)扩散连接的影响。Ti3Al合金试样由自行研制的热氢处理炉进行热氢处理。在论文工作的前期阶段进行了大量的热氢处理试验,得到了大量的不同热氢处理参数下Ti3Al合金氢含量的数据,探索出了热氢处理参数对Ti3Al合金氢含量的影响规律。试验结果表明,最终Ti3Al合金的氢含量是取决于热氢处理过程中的渗氢温度、保温时间、氢气流动速率和试样的比表面积等参数。根据前期工作中探索出的热氢处理对Ti3Al合金氢含量的影响规律,精准控制Ti3Al合金氢含量,得到了氢含量分别为0、0.3、0.5和0.7wt%的Ti3Al合金试样,用于后期的研究工作。利用上述四种氢含量的试样,通过观察金相和XRD分析等手段研究了氢含量对Ti3Al合金显微组织和相组成的影响规律,研究结果表明,原始Ti3Al合金由α2、B2和O相组成,而氢含量对各相的相对数量有着很大程度的影响,特别是随着氢含量的升高,O相得相对数量大幅度地增加,在较高的氢含量下,Ti3Al合金中开始出现了ε氢化物。在压缩温度为990℃、变形速率为8.3×10-2s-1的热变形条件下对上述四种氢含量的试样进行了高温压缩试验。试验结果表明,经过热氢处理后,Ti3Al合金的热变形行为得到了极大的改善,特别是当氢含量为0.3wt%H时,试样的峰值流变应力与无氢试样(上述四种氢含量试样中氢含量为0的试样)相比下降多达40%。本文还对不同氢含量的Ti3Al合金试样进行了扩散连接试验(每次试验中相同氢含量的试样组成一对进行扩散连接)。试验中对试样施加以不同强度的电场,对连接接头进行剪切试验,并采用SEM等手段分析氢含量和电场强度对Ti3Al合金扩散连接后接头强度和显微组织的影响。研究结果表明,热氢处理显著提高了Ti3Al合金扩散连接的接头强度,在温度为990℃、保温时间为90min、压力为12MPa的条件下进行扩散连接试验时(本文中所有扩散连接试验均采用这一套参数,仅改变电场强度),氢含量为0.9%wt%的试样扩散连接接头剪切强度为302MPa,相比于无氢试样206MPa的连接强度有了明显提升,同时,无氢试样扩散连接后,沿着连接界面会观察到一些孔洞,但是在热氢处理后的含氢试样中却观察不到。此外,随着氢含量的上升,试样的晶粒尺寸逐渐减小,而且氢含量分别为0.6和0.9wt%H的试样扩散连接后,连接界面附近可以明显观察到一层较厚的扩散反应层。在扩散连接过程中施加电场,试样的剪切强度增大,在电压较低时电场的强化作用更加显著,而在高电压下,这一作用被削弱。热氢处理和施加电场综合作用下Ti3Al合金扩散连接接头强度要优于单独进行热氢处理或单独施加电场的接头强度。例如,氢含量为0.3wt%H的试样在电压为200V的条件下扩散连接后的剪切强度达到了316MPa,是所有剪切试验中剪切强度最高的,比无氢试样无电场作用下扩散连接接头的剪切强度高出54%。最后,对不同氢含量的试样进行了显微硬度测试,结果表明,随着氢含量的上升,Ti3Al合金的显微硬度逐渐增加,氢含量为0.9wt%H的试样的显微硬度达到最高值856HV,而原始试样的显微硬度仅为336HV。
【关键词】：扩散连接 热氢处理 电场 机械性能 显微组织
【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】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• Chapter 1 Introduction10-43
• 1.1 Background and Source of the Subject10-14
• 1.1.1 Source of the topic10-12
• 1.1.2 Research background12-14
• 1.2 Status of the Research in this field14-40
• 1.2.1 Effects of hydrogen on materials14-30
• 1.2.2 Hydrogenation technologies30-36
• 1.2.3 Field-assisted diffusion bonding (FDB)36-40
• 1.3 Content of the Project40-41
• 1.4 Material necessary41-42
• 1.5 Summary42-43
• Chapter 2 Materials & Experiments43-59
• 2.1 Hydrogenation Process43-47
• 2.1.1 Establishment of hydrogenation parameters43-45
• 2.1.2 Experimental protocol45-47
• 2.2 Diffusion Bonding of Ti3Al alloys47-54
• 2.2.1 Hydrogenation of the samples47-48
• 2.2.2 Establishment of bonding parameters48-50
• 2.2.3 Experimental protocol50-54
• 2.3 Characterisation54-57
• 2.3.1 Mechanical tests54-56
• 2.3.2 Microstructural analysis56-57
• 2.4 Summary57-59
• Chapter 3 Hydrogenation of Ti3Al Alloy59-79
• 3.1 Influences of the processing parameter on the hydrogen content59-66
• 3.1.1 Influence of the temperature and holding time on hydrogen content59-62
• 3.1.2 Influence of the gas flowing rate on hydrogen content62-64
• 3.1.3 Influence of sample’s shape on hydrogen content64-65
• 3.1.4 Accuracy analysis65-66
• 3.2 Influence of hydrogenation on the microstructure66-74
• 3.2.1 Observation of microstructure by Scanning Electron Microscopy66-70
• 3.2.2 Analysis of phase structure by XRD70-74
• 3.3 Hot deformation behavior of Ti3Al alloy with hydrogen74-77
• 3.4 Summary77-79
• Chapter 4 Electric Field Assisted Diffusion Bonding of Ti3Al Alloy withHydrogen79-101
• 4.1 Determination of the optimum bonding parameters79-83
• 4.2 Influence of the electric field and/or hydrogen on the diffusion bonding ofTi3Al alloys83-99
• 4.2.1 Influence of the hydrogen content on the shear strength of Ti3Al alloybonding joints84-86
• 4.2.2 Influence of the electric field on the shear strength of Ti3Al alloybonding joints86-87
• 4.2.3 Cumulative effect of hydrogen content and electric field on the shearstrength of Ti3Al alloy bonding joints87-89
• 4.2.4 Residual hydrogen content89-92
• 4.2.5 Characterization of microstructure and hardness92-99
• 4.3 Summary99-101
• Conclusions101-104
• References104-111
• Acknowledgements111

【参考文献】

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1 ;Diffusion Bonding of Ti_3Al Base Alloy[J];Journal of Materials Science & Technology;1996年06期

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本文编号：910253