收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钛合金与不锈钢真空热轧形变连接机理研究

赵东升  
【摘要】: 钛合金和不锈钢的熔点高、线膨胀系数差异大,焊接时会形成较大的焊接应力,而且在高温下容易反应形成硬度高、脆性大的金属间化合物导致接头脆化,所以连接很困难。本文采用真空热轧形变连接的方法成功实现了TC4钛合金与0Cr18Ni10Ti不锈钢的高强度的连接,利用光学显微镜、SEM、XRD、EPMA、纳米压痕等对接头的微观结构进行了观察和测试,对真空热轧形变连接的机理进行了研究,并对焊接接头的应用情况进行了实验研究。 钛合金与不锈钢直接真空热轧连接时,焊接温度800℃时连接界面存在未连接的空隙;焊接温度900℃时硬而脆的金属间化合物层尤其是富Cr层在连接界面处形成并导致接头脆化;当焊接温度低于或等于750℃,高于或等于950℃时,钛合金与不锈钢未能形成连接。当焊接温度850℃,压缩率20%时,钛合金与不锈钢直接真空热轧连接接头连接强度达到最大值77.33MPa。 用铜作为中间层材料实现了钛合金与不锈钢的连接。铜中间层能够完全阻隔母材之间的扩散,连接界面处没有Fe-Ti金属间化合物形成。不锈钢与铜的连接界面为无规则的镶嵌式结构,没有明显的反应层或扩散层。铜与钛合金的连接界面形成了脆性的Cu-Ti金属间化合物层,随着焊接温度的升高其体积分数增大,接头连接强度随之降低。拉伸试样均断裂于金属间化合物层之间或金属间化合物层与铜之间。连接界面扩散层的厚度主要取决于焊接温度,压缩率对其影响不大。当焊接温度780℃,压缩率20%时接头连接强度达到最大值343MPa。 采用镍中间层实现了钛合金与不锈钢的真空热轧连接。镍能够完全阻隔母材之间的扩散,连接界面处没有Fe-Ti金属间化合物形成。不锈钢与镍的连接界面为无规则的镶嵌式结构,没有明显的反应层或扩散层形成。镍与钛合金的连接界面由机械咬合层和扩散层组成。硬而脆的金属间化合物导致接头脆化,随着焊接温度的升高金属间化合物的体积分数增大,接头连接强度随之降低,试样均断裂于脆性的金属间化合物层之间或金属间化合物层和镍之间。连接界面扩散层的厚度主要取决于焊接温度,压缩率对其影响不大。当焊接温度760℃,压缩率20%时接头连接强度达到最大值440.1MPa。 采用铌作为中间层材料实现了钛合金与不锈钢的真空热轧连接。铌中间层能够完全阻隔母材之间的扩散,连接界面处没有Fe-Ti金属间化合物形成。不锈钢与铌的连接界面处反应层的厚度随着焊接温度的升高而增大,接头连接强度随之降低。铌与钛合金的连接界面的固溶体层的厚度随着焊接温度的升高而增大。连接界面扩散层的厚度主要取决于焊接温度,压缩率对其影响不大。当焊接温度800℃,压缩率25%时接头连接强度达到最大值430MPa。 利用有限元软件MSC.Marc对异种材料热轧连接过程的塑性变形行为进行了计算,计算结果表明:轧制过程中材料连接表面扩展形成新生表面,连接表面之间发生了相对滑移,使得界面之间产生轧制方向上的摩擦力,从而使得连接材料表面氧化膜和其它杂质破除并露出新鲜材料表面,新鲜的材料相互接触形成连接,当采用软质中间层材料时连接表面之间的相对滑移程度增大。 对轧制连接的物理过程进行了研究,认为该过程包括连接材料表面的接触、连接材料表面形成新生表面并发生相对滑移从而使得表面的氧化膜和其它杂质破除、新鲜的材料露出并接触实现连接、连接界面处的元素互扩散、连接界面的整体连接的形成这几个阶段。 进行了钛合金与不锈钢真空热轧过渡接头的TIG焊接试验。无中间层热轧连接过渡接头在TIG焊接时沿原连接界面开裂;采用铜中间层的过渡接头TIG焊接之后拉伸强度最高约为40.77MPa,Cu-TC4界面沿金属间化合物层开裂;采用镍中间层的过渡接头在TIG焊接之后拉伸强度最高可达431MPa,SS-Ni和Ni-TC4界面结构无明显变化;采用铌中间层的过渡接头TIG焊接之后拉伸强度最高可达421.6MPa,SS-Nb和Nb-TC4界面结构无明显变化。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG453.9

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李标峰;钛与钢及钛复合钢板的焊接性研究(Ⅰ)[J];材料开发与应用;2004年01期
2 秦斌,盛光敏,黄家伟,周波,邱绍宇,李聪;纳米镍粉在钛合金-不锈钢扩散焊接中的应用[J];核动力工程;2004年05期
3 杨静,王飞,朱金霞,刘晓荣;Ag95CuNiLi钎料钎焊钛合金与不锈钢异种金属的性能分析 Ⅱ.钎焊性分析[J];焊接学报;2004年01期
4 薛忠明 ,王奇娟 ,曲文卿 ,庄鸿寿;钛合金与不锈钢高频感应钎焊工艺试验研究[J];航天制造技术;2004年06期
5 黄家伟,盛光敏,周波,秦斌,邱绍宇,李聪;钛合金与不锈钢的相变超塑性扩散焊接[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年09期
6 黄文展;盛光敏;秦斌;袁新建;李聪;邱绍宇;;纳米镀镍层作中间层的钛合金与不锈钢扩散焊接[J];钢铁钒钛;2006年03期
7 周荣林,张九海,田锡唐;钛/不锈钢相变扩散连接工艺研究[J];焊接;1999年02期
8 张汇文;岳鑫;张九海;冯吉才;;钛合金与不锈钢的钎焊和扩散焊技术研究现状及发展趋势[J];焊接;2006年01期
9 方吉祥,赵康,刘继峰,谷臣清;钛/不锈钢爆炸焊接接头退火性能的研究[J];材料热处理学报;2002年02期
10 李梁,孙健科,孟祥军;钛合金的应用现状及发展前景[J];钛工业进展;2004年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈健美,周卓夫,张新明,唐建国;粘弹性地基钢板爆炸焊接的计算模型[J];爆炸与冲击;2003年06期
2 周甘宇,王长振,谭维,章四琪;无铅焊锡的研究进展[J];材料导报;2003年08期
3 王建民;朱锡;刘润泉;;爆炸焊接的应用与发展[J];材料导报;2006年01期
4 寇生中;程艳玲;郭燕;;磁控溅射法在生物材料表面制备羟基磷灰石涂层的研究现状[J];材料导报;2006年06期
5 何小东,张建勋,巩水利,李继红;钛合金薄板激光和钨极氩弧焊残余应力测试研究[J];材料工程;2003年12期
6 姜兆华,姚忠平,李延平,吕彦冬,孙学通;磷酸盐对钛合金微等离子体氧化陶瓷膜结构和耐蚀性的影响[J];材料科学与工艺;2004年01期
7 陈瑞润,丁宏升,毕维生,郭景杰,傅恒志;工艺参数对冷坩埚连续铸造Ti6Al4V表面的影响[J];材料科学与工艺;2005年04期
8 李少青;张毓新;芦凤桂;姚舜;;电子束钎焊接头组织分析[J];材料科学与工艺;2006年02期
9 蒋会荣,路文江,俞伟元,陈学定,宋翀旸;快速凝固Al-Cu-Si薄带的脆性研究[J];材料科学与工程学报;2003年05期
10 史建卫,徐波,袁和平,王洪平;SMT焊点质量检测方法[J];电子工业专用设备;2005年09期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 赵红凯;王春亮;任飞;刘兰霄;;钛合金焊接的研究进展[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
2 邹伟;潘建军;于新泉;龙伟民;;铜铝过渡板钎焊工艺研究[A];中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年
3 王浪平;王宇航;王小峰;汤宝寅;董申;;铝、钛合金的全方位离子注入与沉积复合处理工艺研究[A];2006全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2006年
4 陈晓强;张可玉;段宇;;水下爆炸焊接的实验研究[A];救捞专业委员会2004年学术交流会论文集[C];2004年
5 刘金合;;高能束及特种焊接技术的发展[A];与时俱进 追求卓越——中国机械工程学会焊接学会四十周年、中国焊接协会十五周年纪念文集[C];2002年
6 姚忠平;姜兆华;吴振东;;微等离子体氧化陶瓷膜对钛合金接触腐蚀的影响[A];第九次全国热处理大会论文集(二)[C];2007年
7 骆瑞雪;;钛/镍扩散焊接的影响因素[A];中国有色金属学会第六届学术年会论文集[C];2005年
8 孙坤;赵双赞;程兴旺;王富耻;;应变率及TC6钛合金的不同组织对其动态力学性能的影响[A];2007年全国博士生学术论坛(材料科学与工程学科)论文集[C];2007年
9 史建卫;袁和平;;无铅化电子组装中的氮气保护[A];首届中国(天津)国际绿色电子制造技术与产业发展研讨会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈志刚;SnAgCuRE钎焊接头蠕变行为的研究[D];北京工业大学;2003年
2 王适;金刚石热稳定性及其刀具受热损伤的研究[D];大连理工大学;2003年
3 郭伟;Ti-6Al-4V/QAl10-3-1.5异种材料扩散连接研究[D];吉林大学;2006年
4 姚忠平;钛合金微等离子体氧化陶瓷膜的结构与耐腐蚀机制研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 屈华;钛与钛铝化合物基合金相变及力学性能的价电子理论研究[D];东北大学;2006年
6 田永生;钛合金表面激光硼碳氮合金化层的组织结构与耐磨性能研究[D];山东大学;2006年
7 常辉;Ti-B19合金的固态相变动力学及其组织演变规律[D];西北工业大学;2006年
8 宋敏霞;异种材料Ti-6Al-4V/ZQSn10-10扩散连接研究[D];吉林大学;2007年
9 蒋凯;高温高压深海极端环境模拟装置及其控制策略研究[D];浙江大学;2007年
10 张撼鹏;新型低能量输入电弧焊接系统及其过程控制研究[D];北京工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 胡美娟;12mm厚TC4钛合金板电子束焊接温度场应力场三维有限元数值模拟[D];西北工业大学;2005年
2 蔡志雁;润湿力测量仪的研制以及钎料合金润湿性能的评估[D];北京工业大学;2002年
3 赵锴;活性钎料与金刚石膜的润湿性试验研究[D];河北工业大学;2002年
4 孔纪兰;铍/不锈钢扩散连接的研究[D];重庆大学;2002年
5 张桂全;空气条件下钎焊金刚石磨料的实验研究[D];华侨大学;2003年
6 郭红;铜与不锈钢的真空钎焊[D];武汉理工大学;2003年
7 董健;LY12铝合金中温钎焊技术的研究[D];机械科学研究院;2003年
8 廖华刚;爆炸焊接参数对复合板界面组织及力学性能的影响[D];武汉科技大学;2003年
9 蒋会荣;快速凝固Al-Cu-Si钎料薄带脆性的研究[D];兰州理工大学;2003年
10 张云鹏;印刷电路板用微型刀具制造技术与设备的研究[D];西北工业大学;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王耀华,王伟策,陈小波,顾月兵,史长庚;爆炸焊接不锈钢─钢复合板[J];爆破;1998年01期
2 李钦奉 ,王贵成;喷嘴直径对喷砂清理效率的影响[J];材料保护;2001年12期
3 李标峰;钛与钢及钛复合钢板的焊接性研究(Ⅰ)[J];材料开发与应用;2004年01期
4 田雅琴;秦建平;李小红;;金属复合板的工艺研究现状与发展[J];材料开发与应用;2006年01期
5 王向斌,赵晓红,周石泉,张水星;T2紫铜与10~#钢异种金属电子束焊接工艺研究[J];电焊机;2005年01期
6 陈芙蓉,霍立兴,张玉凤;电子束焊接技术在工业中的应用与发展[J];电子工艺技术;2002年02期
7 廖洪军,盛光敏,黄家伟,秦斌,邱少宇,李聪;钛合金-不锈钢相变超塑性扩散连接接头分析[J];钢铁钒钛;2005年01期
8 方建敏;张杏耀;单爱党;吴建生;;累积叠轧焊不锈钢的组织和性能[J];机械工程材料;2006年08期
9 张秉刚,吴林,冯吉才;国内外电子束焊接技术研究现状[J];焊接;2004年02期
10 宋敏霞,赵熹华,郭伟,冯吉才;钛合金与其它金属材料扩散连接研究现状与发展[J];焊接;2005年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张(王莹)瑛;钛合金/不锈钢TIG熔焊接头微观组织及力学性能分析[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 单磊;TC4钛合金—钢复合激光焊接工艺研究[D];浙江大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 欧阳鸿武,刘咏,贺跃辉,黄伯云;TiAl基合金排气阀的研制和应用前景[J];材料导报;2003年04期
2 周邦新;赵文金;黄德城;;钛和18/8不锈钢冶金结合层的研究[J];材料科学与工艺;1987年04期
3 韩文波,张九海;钢与不锈钢的相变超塑扩散连接[J];材料科学与工艺;1999年S1期
4 罗国珍;钛的研究发展评述[J];稀有金属材料与工程;1993年05期
5 郑国强,任沪平,寇向东,王健,郑国玺,陈海文,张萍,陈玉萍;钛制可返转的婴幼儿胸骨、肋骨牵开器的研制及其在心脏直视手术中的应用[J];稀有金属材料与工程;2001年04期
6 张新平,于思荣,夏连杰,何镇明;钛及钛合金在牙科领域中的研究现状[J];稀有金属材料与工程;2002年04期
7 周荣林,张九海,田锡唐;钛/不锈钢相变扩散连接工艺研究[J];焊接;1999年02期
8 杨静 ,朱金霞 ,刘晓蓉 ,潘英 ,苟渊;热循环对钛合金/不锈钢螺纹钎焊管接头性能的影响[J];焊接;2001年09期
9 吴杰峰 ,许学富 ,高大明;真空钎焊在超导装置TU1-SUS304L接头中的应用[J];焊接;2001年10期
10 何鹏 ,冯吉才 ,韩杰才 ,钱乙余;TiAl/V/Cu/40Cr钢扩散连接界面组织结构对接头强度的影响[J];焊接;2002年07期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 蒋斌;纳米颗粒复合电刷镀镍基镀层的强化机理及其性能研究[D];重庆大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦斌;盛光敏;黄家伟;周波;邱绍宇;李聪;;钛合金与不锈钢扩散焊接头断口分析[J];钢铁钒钛;2005年04期
2 刘永军;王敏;代军威;;钛合金与不锈钢的超塑性扩散连接研究[J];热加工工艺;2007年03期
3 张汇文;岳鑫;张九海;冯吉才;;钛合金与不锈钢的钎焊和扩散焊技术研究现状及发展趋势[J];焊接;2006年01期
4 赵东升;闫久春;王勇;杨士勤;;采用铜和铌复合中间层的钛合金与不锈钢的真空热轧焊接[J];焊接学报;2006年11期
5 陈立人;;国外连续管材料技术及其新进展[J];石油机械;2006年09期
6 席明哲;张永忠;涂义;石力开;金具涛;;激光快速成形316L不锈钢/镍基合金/Ti6A14V梯度材料[J];金属学报;2008年07期
7 周小玲;盛光敏;韩靖;颜婧;胡国雄;;表面自纳米化对钛合金与不锈钢的扩散焊接的影响[J];核动力工程;2009年01期
8 程挺宇;郑锋;薛为林;;钛-不锈钢异种金属焊接技术[J];稀有金属与硬质合金;2009年02期
9 许贵芝;;不锈钢与钛合金异径转接管的焊接[J];焊管;2009年11期
10 叶雷;熊华平;李晓红;毛唯;程耀永;;结合钎焊和氩弧焊方法对钛合金/Nb/不锈钢接头的连接[J];航空材料学报;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈立人;;国外连续管材料技术及其新进展[A];2006年石油装备学术研讨会论文集[C];2006年
2 陈长军;张敏;陈霞;常庆明;张诗昌;闫文青;王茂才;;金属医生的典型应用[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(二)[C];2008年
3 刘宝忠;;钛在日常生活品中的应用[A];有色金属工业科技创新——中国有色金属学会第七届学术年会论文集[C];2008年
4 叶呈武;张绪虎;郎泽保;;钛合金激光沉积快速成形技术发展现状[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
5 高护生;樊玉光;王金刚;陈朝达;;TA2在含HC1溶液冲蚀腐蚀行为的研究[A];第三届全国青年摩擦学学术会议论文集[C];1995年
6 韩光臣;迟恩田;;电火花铣削钛合金加工工艺研究[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
7 张跃飞;;阵列针状空心阴极放电钛合金表面合金化研究[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年
8 江应栋;黄青松;;高温真空钛合金成形炉应用[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
9 杨荣福;韩荣第;;车削TC-4钛合金时高速钢刀具磨损的试验研究[A];摩擦学第三届全国学术交流会论文集摩擦磨损部分(Ⅰ)[C];1982年
10 李佐臣;;海洋开发、舰船用新型结构钛合金研制[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 天际;飞亚达钛合金航天表助力“神六”[N];中国有色金属报;2005年
2 丁根;北美不锈钢市场可能出现供应过剩[N];中国冶金报;2006年
3 通讯员 张俊喜 记者 苏勇;太钢将大量生产铬系不锈钢[N];中国冶金报;2007年
4 ;国际不锈钢交易价持续上扬[N];世界金属导报;2006年
5 李成;民营不锈钢的发展前景[N];中国冶金报;2003年
6 ;“吸铁石”怎能辩别不锈钢的真伪[N];世界金属导报;2005年
7 刘魁;不锈钢为什么生锈 ?[N];中华建筑报;2005年
8 全国炼钢连铸技术知识竞赛专家组;不锈钢的分类和冶炼[N];中国冶金报;2007年
9 周辛立;第五届国际不锈钢展将于9月在沪举行[N];中国冶金报;2007年
10 蒋家华;镍价三月内跌去一半[N];中国证券报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙常太;钛合金及不锈钢椎弓根螺丝钉骨界面力学及组织学分析[D];中国协和医科大学;1999年
2 赵东升;钛合金与不锈钢真空热轧形变连接机理研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 陈长安;铝和不锈钢中氦行为研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2003年
4 王连军;玻璃—陶瓷保护涂层的制备及在钛合金热加工过程中的应用研究[D];大连理工大学;2002年
5 杜汉斌;钛合金激光焊接及其熔池流动场数值模拟[D];华中科技大学;2004年
6 张云琨;氢、氮化和热氧化对钛合金性能影响的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
7 李鑫;TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 何晓;含氢的新型钛合金的疲劳行为研究[D];四川大学;2003年
9 卫中山;MEVVA离子注入钛合金抗疲劳制造的基础研究[D];南京航空航天大学;2003年
10 何博;钛合金表面热障涂层的制备与研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王利媛;Ni、Nb中间层钛合金与不锈钢真空热轧连接工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
2 李毓轩;Zr含量对Ti-25Nb合金组织和弹性性能的影响[D];天津大学;2007年
3 郑韵哲;激光近形制造钛合金试件力学性能的初步研究[D];中国医科大学;2009年
4 张菊梅;能量参数对钛合金微弧氧化膜层表面形貌及膜层/环氧树脂结合强度的影响[D];西安理工大学;2004年
5 刘会群;金属Sc对钛合金组织与性能的影响[D];中南大学;2004年
6 秦妍梅;钛及钛合金表面改性层腐蚀及腐蚀磨损性能的研究[D];太原理工大学;2005年
7 邓炯;氮离子注入两种新型钛合金的表面改性研究[D];四川大学;2005年
8 张凤英;低成本氢化脱氢钛合金粉末的激光快速成形[D];西北工业大学;2006年
9 杨勇;细晶钛合金超塑性扩散连接的微观组织及元素扩散行为[D];大连理工大学;2009年
10 曹建玲;钛合金的氢致延迟断裂行为研究[D];四川大学;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026