鈦合金與不銹鋼脈沖加壓擴(kuò)散連接工藝及界面結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本文采用脈沖加壓擴(kuò)散連接工藝對(duì)TA17鈦合金與0Cr18Ni9Ti不銹鋼進(jìn)行了直接擴(kuò)散連接和加鎳中間層擴(kuò)散連接試驗(yàn)，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。借助金相觀察、顯微硬度測(cè)試、掃描電鏡觀察、能譜分析、X射線衍射等分析手段研究了鈦合金與不銹鋼接頭界面組織結(jié)構(gòu)和拉伸斷口物相組成，系統(tǒng)分析了連接工藝參數(shù)、組織結(jié)構(gòu)與接頭強(qiáng)度三者之間的關(guān)系。研究了鈦合金與不銹鋼接頭界面反應(yīng)層形成過(guò)程和機(jī)理；并對(duì)擴(kuò)散連接接頭界面接觸應(yīng)力進(jìn)行了分析，模擬了擴(kuò)散連接過(guò)程及其過(guò)

2、程中應(yīng)力的變化情況。 優(yōu)化和完善了鈦合金與不銹鋼脈沖加壓擴(kuò)散連接工藝。得到了優(yōu)化的工藝條件為：連接溫度T=825℃、脈沖壓力P=8～50MPa、脈沖次數(shù)N=30次、脈沖頻率f=0.5Hz、脈沖前保溫時(shí)間t1=0s、脈沖后保溫時(shí)間t2=120s，在此工藝下得到的接頭強(qiáng)度達(dá)到321MPa，連接用時(shí)僅為180s。并對(duì)連接界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。結(jié)合界面結(jié)構(gòu)形成機(jī)制發(fā)現(xiàn)，連接界面形成了γ-Fe/σ相/Fe2Ti/FeTi/β-Ti/α

3、-Ti連續(xù)過(guò)渡的層狀結(jié)構(gòu)；結(jié)合拉伸斷口剝層試驗(yàn)，通過(guò)斷裂機(jī)制的微觀分析，拉伸斷裂發(fā)生在Fe-Ti金屬間化合物與β-Ti層之間。 采用厚度為13μm鎳箔作中間層對(duì)鈦合金與不銹鋼進(jìn)行了脈沖加壓擴(kuò)散連接。當(dāng)連接溫度T=875℃、脈沖壓力P=8～50MPa、脈沖次數(shù)N=30次、脈沖頻率f=0.5Hz、脈沖前保溫時(shí)間t1=0s、脈沖后保溫時(shí)間t2=120s時(shí)，得到的接頭強(qiáng)度達(dá)到334MPa，連接用時(shí)僅為180s。并對(duì)連接界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)

4、的分析。結(jié)合界面結(jié)構(gòu)形成機(jī)制，連接界面形成了γ-Fe/σ相/Fe-Ni固溶體/純Ni/Ni-Ti金屬間化合物/β-Ti/α-Ti連續(xù)過(guò)渡的層狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合斷口剝層分析，通過(guò)斷裂機(jī)制的微觀分析，拉伸斷裂發(fā)生在Fe-Ni固溶體區(qū)與Ni-Ti金屬間化合物和β-Ti區(qū)之間。 采用納米鍍鎳作中間層對(duì)鈦合金與不銹鋼脈沖加壓擴(kuò)散連接，接頭強(qiáng)度達(dá)到175MPa；通過(guò)對(duì)拉伸斷口的觀察和分析發(fā)現(xiàn)，斷裂主要發(fā)生在鈦合金與鎳中間層的界面附近；通過(guò)掃描電鏡

5、發(fā)現(xiàn)，鍍鎳層與不銹鋼基體結(jié)合緊密；通過(guò)對(duì)鍍鎳層的表面分析發(fā)現(xiàn)，鍍鎳層表面粗糙度較大，使得鍍鎳中間層與鈦合金的結(jié)合界面緊密接觸較困難。 對(duì)脈沖加壓擴(kuò)散連接接頭界面應(yīng)力和連接過(guò)程進(jìn)行了分析。建立了異種材料脈沖加壓擴(kuò)散連接接頭界面應(yīng)力及摩擦應(yīng)力的分布模型。通過(guò)對(duì)脈沖加壓擴(kuò)散連接變形及應(yīng)力變化的模擬，分析了擴(kuò)散連接過(guò)程及連接過(guò)程中的應(yīng)力變化情況，很好的說(shuō)明了拉伸斷口外側(cè)存在未焊合的原因。 對(duì)脈沖加壓相變超塑性擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行了嘗