钎焊温度对TC4钛合金真空钎焊接头组织及性能影响研究

通过自行设计、制备的Ti-38Zr-24Ni(wt.%)钎料真空钎焊TC4钛合金,在改变钎焊温度(900~990℃)条件下,对钎焊接头的组织及性能进行了研究。钎焊接头由三个区组成:扩散区、界面区和中心区。Ni和Zr原子扩散进入母材引起β-Ti转变形成扩散区,扩散区为共析组织α-Ti和(Ti,Zr)_(2)Ni和剩余母材基体组成;界面区为层片状α-Ti和(Ti,Zr)_(2)Ni共析组织组成;中心区为大块状(Ti,Zr)_(2)Ni金属间脆性化合物和尺寸大小不一的层片状α-Ti+(Ti,Zr)_(2)Ni组织组成。提高钎焊温度,扩散区和界面区的宽度增加,中心区的宽度降低,且钎缝中心IMC化合物的数量降低。采用钎焊温度990℃时获得最高抗剪强度,其值为647MPa。

钎焊间隙对B-Ti57CuZrNi钎料钎焊TC4钛合金接头组织和高温力学性能的影响

采用B-Ti57CuZrNi钎料对TC4钛合金进行了930℃,30 min不同钎焊间隙下的对焊钎焊,研究了钎焊间隙对接头微观组织和高温力学性能的影响。结果表明,随钎焊间隙增大,接头缺陷增加,钎焊间隙<0.1 mm时焊缝填充较好,接头宏观无明显缺陷。0.06~0.30 mm间隙的钎缝组织为铸态组织,原基体界面存在一个大于30μm的扩散层,得到了有效的冶金结合。随钎焊间隙增大,钎缝整体宽度增加,钎缝铸态组织更明显,高温拉伸强度降低。钎焊间隙>0.1 mm时钎焊接头高温拉伸断裂均出现在焊缝,高温拉伸强度低于基体的,断裂形式为脆性断裂,而钎焊间隙<0.1mm时高温拉伸强度则高于基体的。从获得钎焊接头优良的400℃拉伸性能来考虑,钎焊间隙应<0.1 mm。

TiZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程

试验采用Ti51ZrNiCu钎料,研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程,使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构,并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律.而后进行了填缝试验,用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力,总结了钎料填充经验公式.结果表明,在试验参数为935℃/3 min的条件下,TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式:h=4000/α,其中钎缝间隙α的单位为μm,爬升高度h单位为mm.

TiZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程

试验采用Ti51ZrNiCu钎料,研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程,使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构,并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律。而后进行了填缝试验,用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力,总结了钎料填充经验公式。结果表明,在试验参数为935℃/3 min的条件下,TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式:h=4000/a,其中钎缝间隙a的单位为μm,爬升高度h单位为mm。

Ag-Cu-Sn-Ti活性钎焊Gr/2024Al复合材料与TC4钛合金

采用自制的AgCuSnTi钎料对发汗材料Gr/2024Al复合材料和TC4钛合金进行钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,接头典型界面组织为Gr/2024Al/Ti3AlC2/Ag2Al+Ag3Sn+Al2Cu+Al5CuTi2/Al5CuTi2+Ag3Sn/TC4.钎焊时,活性元素Ti与Gr/2024Al复合材料的石墨基体发生活性反应,实现了TC4与Gr/2024Al复合材料的低温连接,保证了复合材料的力学性能及发汗功能.随钎焊温度升高及保温时间延长,钎缝组织中弥散分布的Al5CuTi2化合物聚集长大成块状,使接头性能下降.当钎焊温度为680℃,保温时间为10min时接头抗剪强度达到最大值17MPa,其为Gr/2024Al复合材料母材强度的70%.

钎焊工艺参数对C/C复合材料/Cu/Mo/TC4钎焊接头微观组织的影响

在钎焊温度为820～940℃,钎焊时间为1～30min的条件下,采用TiZrNiCu钎料、Cu/Mo复合中间层对C/C复合材料和TC4进行了钎焊实验。利用扫描电镜及能谱仪对接头的界面组织进行了研究。结果表明:在较低工艺参数下,Cu/C/C复合材料界面结构为Cu/Cu51Zr14/Ti2(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)+TiCu+Cu2TiZr/TiC/C/C复合材料。随着工艺参数的提高,TiCu和Cu2TiZr反应相逐渐消失,Ti(Cu,Ni)2新相生成,此时的界面结构为Cu/Cu51Zr14/Ti2(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)2/TiC/C/C复合材料。钎焊工艺参数较高时界面结构为Cu/Cu51Zr14/Cu(s.s)+Ti(Cu,Ni)2/TiC/C/C复合材料。随着钎焊温度的增加以及保温时间的延长,界面反应层Cu51Zr14和TiC反应层厚度增加。

TiZrNiCu钎料钎焊石墨与TC4接头组织与力学性能研究

在钎焊时间为60～1500s,钎焊温度1163～1273K的条件下,采用TiZrNiCu钎料对石墨和TC4钛合金进行了钎焊试验。利用扫描电镜及能谱仪对接头的界面组织进行了研究。结果表明,接头界面结构为石墨/TiC/(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/Ti(s.s)+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/TC4。以抗剪强度评价石墨和TC4钛合金接头的力学性能,发现当钎焊温度为1193K,保温时间为300s时,接头抗剪强度最高,为15MPa。

钛基快冷钎料高频感应钎焊TC4钛合金研究

利用快速凝固技术制备出4种不同成分配比的Ti-Zr-Cu-Ni基快冷薄带钎料,以TC4薄板作为金属造型材料,采用高频感应钎焊技术,层积成型长方体试样,对成型试样的力学性能和显微组织进行分析。结果表明,除Ti48-Zr25-Cu10-Ni11-Fe4-Sn1.5-Si0.5（at%）为快冷非晶钎料外,其余均为晶态钎料。在相同钎焊工艺参数下,非晶薄带钎料成型试样的拉伸强度远远高于由晶态钎料成型试样的拉伸强度。非晶钎料的钎焊接头组织主要由（Ti,Zr）2（Cu,Ni）＋（Ti,Zr）（ss）共晶组织和富Zr的α-Ti固溶体组成;而快冷晶态钎料的钎焊接头组织主要由Ti基固溶体α-Ti组成,其晶粒粗大,晶内存在针状马氏体,导致脆性增加,拉伸强度降低。4种钎料的钎焊试样拉伸断口均呈人字纹形貌,为脆性断裂。

TC4钛合金液冷板与结构件真空钎焊的工艺研究

针对TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊存在漏焊,一次焊接成功率低的问题,采用高、低温Ag-Cu基钎料及石墨配重的工艺方法进行钎焊,对钎缝进行了微观金相分析,检测液冷板的极限疲劳寿命、极限耐压强度和流动阻力。结果表明:利用高温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件在1 MPa的极限耐压能力测试中,压力表示数稳定未漏气,在极限疲劳寿命测试过程中,经历2 000次0.5 MPa反复升压,未泄漏和损坏;低温Ag-Cu基钎料钎焊的液冷板测试件则发生漏气,压力表示数变化明显。TC4钛合金液冷板与细长结构件真空钎焊的过程中,高温Ag-Cu基钎料比低温Ag-Cu基钎料的焊接性能好。

钎焊温度对TC4与Ti_3 Al-Nb合金钎焊接头组织的影响

采用50Ti-20Zr-20N i-10Cu粉末钎料对Ti3A l-Nb合金与TC4合金进行真空钎焊,通过SEM、EDS、电子探针及拉伸试验研究不同钎焊温度下钎焊接头的显微组织及性能特征。结果表明,钎焊温度升高钎焊接头强度并不提高;不同温度下钎焊接头中靠近TC4合金基体边界处均生成魏氏体组织,随温度升高魏氏体组织粗化程度加剧;整个钎焊接头中Ti3A l-Nb合金基体与钎料的反应程度弱于TC4合金基体。

TC4钛合金真空钎焊的研究

用钛基钎料钎焊的钛合金焊接接头强度较高,因而具有一定的应用前景。本课题采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料并加入适当的合金元素,成功地应用于TC4合金的钎焊,钎缝成形良好,提高了焊接接头的性能。

TC4/Ti60合金钎焊接头界面组织及力学性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TC4和Ti60异种钛合金的真空钎焊连接,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构及力学性能的影响.结果表明,TC4/TiZrNiCu/Ti60钎焊接头的典型界面结构为:TC4/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)_2(Ni,Cu)/Ti60.随着钎焊温度升高或保温时间延长,片层状α+β相逐渐填充整条钎缝,(Ti,Zr)_2(Ni,Cu)相含量减少且分布更加均匀.接头室温抗拉强度随钎焊温度或保温时间的增加均先增大后减小,在990℃/10 min钎焊条件下所获接头抗拉强度达到最大为535.3 MPa.断口分析结果表明,断裂位于钎缝中,断裂方式为脆性断裂.

钎焊工艺参数对TC4钛合金钎焊接头组织及性能的影响

在钎焊温度为780~900℃,钎焊时间为2~30 min的条件下,采用Ag-28Cu钎料对TC4钛合金进行了真空钎焊试验。利用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对接头微观组织进行了研究。结果表明,接头形成3个反应区:扩散区Ti2Cu+Ti(s.s)、界面反应区Ti2Cu/TiCu化合物以及钎缝中心区的Ag(s.s)+Cu(s.s)。随着钎焊温度的提高和保温时间的延长,扩散区及界面层的厚度增加,但过高的工艺参数会导致钎料流失从而使钎缝宽度降低。在钎焊温度为820℃,保温时间为10 min时,钎焊接头的抗剪强度最高,为121 MPa。

钎焊温度对TC4钛合金真空钎焊接头组织和力学性能的影响

采用Ti Zr CuNiSi非晶钎料对TC4钛合金进行真空钎焊,借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和压剪试验机等手段对钎焊界面微观组织和力学性能进行分析。结果表明,钎焊焊缝主要分为反应层和钎料层,反应层中主要包含α-Ti和β-Ti相,钎料层主要为富Ti-Zr相。随着钎焊温度的提高,反应层厚度变大,钎料层厚度变小,在980℃时钎料层几乎消失,α+β Ti相几乎填满整个焊缝。钎焊接头的剪切强度也随温度的提升不断提高,在980℃时达到最大的剪切强度437 MPa,断裂均发生在焊缝处。

工艺参数对钎焊TC4接头微观组织及显微硬度的影响

采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶钎料真空钎焊TC4钛合金,研究不同保温时间对钎焊接头的影响.采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)和显微硬度计对接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝主要组织为α-Ti与β-Ti,且随着保温时间的增加,焊缝区逐渐增厚,组织逐渐粗大.当保温时间为40 min时,焊缝显微硬度最大,平均硬度(HV)为328,最大硬度为335.

非晶态Ti-Zr-Cu-Ni基钎料性能的研究

利用快速凝固技术制备了Ti-Zr-Cu-Ni基非晶态薄带钎料,厚度为30～40μm,测定了非晶态和相同成分的普晶态钎料的熔化特性。相比之下,非晶态钎料的液相点降低了4.3℃,结晶温度区间缩小近40℃。利用扫描电镜,对普晶态及非晶态钎料金相组织及其在TC4上的扩散性能进行了较为详细的研究,并且测定了TC4钎焊接头的抗拉强度和冲击韧度值。结果表明,当钎料成分相同时,非晶态钎料组织细小密散,熔化温度低,在TC4母材上扩散性能好,接头抗拉强度高、冲击韧度值高,是一种很好的新型钎料。

SiO_2陶瓷-TC4接头陶瓷侧的界面行为

采用AgCu/Ni复合中间层钎焊SiO_2陶瓷与TC4合金,形成良好接头;采用组织均匀,熔点为909.1℃的自制AgCuTiNi活性钎料对SiO_2陶瓷进行钎焊,形成良好接头.通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)等手段对上述两种钎焊试件的界面组织进行分析,研究Ti元素的活度对SiO_2陶瓷-TC4接头陶瓷侧界面行为的影响.结果表明,TC4/Ag Cu/Ni/SiO_2陶瓷接头的典型界面结构为TC4合金/Ti(s,s)+Ti_2(Ni,Cu)+Ti_2(Cu,Ni)/Ti_4O_7+TiSi_2/SiO_2陶瓷;AgCuTiNi/SiO_2陶瓷试件的典型界面结构为Ti2(Cu,Ni)/Ti(s,s)+Ti_2(Ni,Cu)+Ti_2(Cu,Ni)/Ti_4O_7+TiSi2/SiO_2陶瓷.钎焊温度为970℃,保温时间相同时,随着Ti元素活度的增强SiO_2陶瓷侧反应层厚度明显增加.钎焊温度为970℃,Ti元素活度相同时,随着保温时间的延长,SiO_2陶瓷侧反应层厚度增加.

高温时效对TA1/TC4钎焊接头组织与性能的影响研究

试验采用Ti51ZrNiCu钎料,实现了TA1/TC4异种钛合金的真空钎焊连接,使用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)、能谱分析仪(Energy dispersive spectrometer, EDS)及X射线衍射仪(X-ray diffraction XRD)等分析方法研究了焊接接头的界面组织,分别研究了钎焊与高温时效过程,明确了两个阶段对接头组织与性能的影响,并总结了焊接工艺参数及焊后高温时效处理对组织结构的影响规律。结果表明,TA1/Ti51ZrNiCu/TC4接头的典型界面组织结构为:TAl/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)_(2)(Ni,Cu)/TC4,其中焊接参数对接头界面组织的影响较小,试验具有较宽的工艺窗口,而高温时效处理对界面组织及力学性能具有较大影响,即高温时效消除焊后脆性组织是获得高质量接头的关键。高温时效处理后,(Ti,Zr)_(2)(Ni,Cu)化合物含量降低,界面组织更加均匀,力学性能显著提高且具有更好的稳定性,在935℃/3 min焊接参数下,高温时效处理120 min后,获得最大抗拉强度为319 MPa的钎焊接头。

钎料Zn对钛/铝搅拌摩擦钎焊接头组织和性能的影响

通过添加不同厚度的钎料Zn对TC4和Al6082进行搅拌摩擦钎焊(FSB)焊接,对焊接接头进行拉剪试验,并对不同厚度钎料Zn下的Ti/Al搅拌摩擦焊接接头进行剪切强度对比。采用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对接头横截面微观组织进行了观察和分析,辨别了不同厚度钎料Zn下接头横截面微观组织以及接头断裂方式的差异,得到最佳参数下接头的温度分布。研究表明:当钎料Zn的厚度为0.05mm时,Ti/Al接头的强度较其他钎料Zn厚度的接头强度高(154MPa),约为铝母材剪切强度的75%。中心区域界面层金属间化合物为AlZn,几乎没有Ti-Al金属间化合物生成;Ti/Al接头的断裂方式为脆性断裂+韧性断裂混合型断裂。对于Ti/Al接头的温度分布,随着接头位置逐渐远离焊缝中心,温度峰值先增大后减小,且前进侧的温度高于后退侧。在最高温度260℃下,Ti-Zn-Al焊接界面金属间化合物形成的顺序是TiAl2→TiAl3→TiAl→AlZn。

B-Ti57CuZrNi钎料对接钎焊TC4钛合金接头的组织和性能

采用B-Ti57CuZrNi钎料对TC4钛合金进行了对接钎焊,研究了B-Ti57CuZrNi钎料在TC4钛合金表面的润湿性和钎焊工艺参数对TC4钛合金钎焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,B-Ti57CuZrNi钎料在TC4钛合金表面铺展良好,形成了有效的冶金结合。随钎焊温度和保温时间的增加,钎缝整体宽度变宽,向焊缝中心生长的针状α相变多变长。焊接温度低且保温时间短时,接头组织存在大块富Cu、Ni白色铸造组织。钎焊温度为930℃、钎焊时间为15 min时,接头室温抗拉强度低,易脆断于焊缝,而钎焊时间低于30 min时的室温断后伸长率较低。高钎焊温度(>960℃)和长保温时间(>45 min)对钎焊接头400℃抗拉强度和断后伸长率均不利。从获得钎焊接头优良的室温和400℃拉伸性能来考虑,宜选取钎焊温度为950℃,保温时间为30 min。