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近α相钛合金与奥氏体不锈钢的相变超塑性扩散焊接研究

黄家伟  
【摘要】:在航空航天、化工等领域经常需要对钛合金和不锈钢进行焊接。目前应用的焊接方法主要有熔焊、钎焊、爆炸焊和扩散焊等,但是焊接所需温度较高、得到的焊接接头的性能难以满足应用要求。相变超塑性扩散焊接是一种较新的焊接方法;相变超塑性状态下,原子处于高度活化状态,扩散加速,从而可能在较低温度和较短时间实现材料的良好连接。 本文利用相变超塑性扩散焊接方法,在Gleeble-1500D型热模拟试验机上对TA17近α钛合金与0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢进行了直接对焊试验;对焊接接头进行了拉伸试验;分析了焊接接头的金相组织、显微硬度分布、接头成分分布及形成的物相;对拉伸断口进行了扫描电镜观察、成分分析和图像分析。 分析了焊接接头抗拉强度和焊接工艺参数之间的关系,得到了最佳工艺参数。当循环上限温度Tmax=890℃、下限温度Tmin=800℃、循环次数N=10次、焊接压力P=5MPa、加热速度Vh=30℃/s、冷却速度Vc=10℃/s,焊接接头的抗拉强度达到最大值(307MPa),比其他方法得到的最大强度高出60MPa,同时最佳工艺条件下的焊接时间只有160s。 焊接接头处形成了一系列过渡和TiFe、TiFe2、TiNi、σ相和β-Ti固溶体等相;随着循环次数的增加和上限温度的升高,钛合金与不锈钢之间的互扩散加强,过渡区域的厚度和金属间化合物的数量增加。断口上同时存在以β-Ti为基的固溶体相和金属间化合物相,断口上固溶体所占面积比例越大,其相应的接头抗拉强度越高。 同时,分析了拉伸断口形貌的形成原因及其与工艺参数的关系;理论上阐述了相变超塑性的作用机理,并予以实验证实。


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