【摘要】：鈦鋁系合金是未來(lái)極具應(yīng)用潛力的航空航天用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料,解決其與鎳基高溫合金之間的連接問(wèn)題可以滿足復(fù)合結(jié)構(gòu)減重的需要。由于在化學(xué)成分和物理性能等方面存在較大差異,實(shí)現(xiàn)兩種材料的良好連接比較困難。在分析大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,評(píng)述國(guó)內(nèi)外關(guān)于這兩類異質(zhì)材料連接技術(shù)的研究進(jìn)展,焊接方法主要涉及熔化焊、釬焊以及擴(kuò)散焊。熔焊連接獲得的接頭強(qiáng)度較低,釬焊連接中多采用傳統(tǒng)釬料,缺乏對(duì)高溫釬料的研制,而擴(kuò)散焊用中間層合金的設(shè)計(jì)及其本身的高溫性能,都是需要進(jìn)一步研究的重要問(wèn)題。解決鈦鋁系合金與鎳基高溫合金的連接問(wèn)題,并獲得具有良好綜合性能的連接接頭,對(duì)于實(shí)現(xiàn)鈦鋁系輕質(zhì)耐高溫合金的工程化應(yīng)用具有重要的意義。
【圖文】：

度達(dá)到245MPa。綜上所述，由于熔焊方法自身的特點(diǎn)，以及鈦鋁系合金與鎳基高溫合金在物理和化學(xué)性能方面的差異，采用熔焊方法，較難獲得高強(qiáng)度接頭。以多種合金為填充材料時(shí)，異種材料接頭中形成多種脆性化合物，在熱應(yīng)力作用下容易導(dǎo)致裂紋萌生。雖然采用焊縫梯度過(guò)渡的方法使接頭性能有所改善，但工藝較為復(fù)雜，而且與母材相比接頭強(qiáng)度依然偏低，無(wú)法最終解決兩種材料的異種連接問(wèn)題。筆者認(rèn)為，研發(fā)合適的填充材料，降低脆性化合物的形成傾向，優(yōu)化焊接工藝，降低焊后冷卻速率是解決異種材料氬弧焊連接的關(guān)鍵。圖1Ti-Nb-Ni合金焊絲得到的Ti3Al/GH4169接頭微觀組織圖2焊縫梯度過(guò)渡Ti3Al/GH4169接頭截面背散射電子像2鈦鋁系合金與鎳基高溫合金釬焊連接與熔焊不同，釬焊過(guò)程中可對(duì)焊件整體均勻加熱，母材變形和殘余應(yīng)力小，容易保證焊件的尺寸精度，特別適宜微型精密、形狀復(fù)雜、開(kāi)敞性差的焊接結(jié)構(gòu)。而且采用釬焊方法可以解決其他連接方法難以甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些異種材料之間的連接。釬料的選擇與設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)良好釬焊連接，獲得高強(qiáng)度接頭的關(guān)鍵。表2列出了國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦鋁系合金與鎳基高溫合金釬焊連接的研究結(jié)果。陳波等[30]以Ti-13Zr-21Cu-9Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))釬料真空釬焊了Ti3Al基合金與GH536鎳基高溫合金，接頭中形成較多的Ti-Ni、Ti-Fe等脆性化合物，導(dǎo)致在靠近GH536基體側(cè)的釬縫中形成縱向裂紋，嚴(yán)重惡化了接頭性能。在960℃/5min規(guī)范下接頭抗剪強(qiáng)度只有86MPa。何鵬等[31]采用BNi2釬料研究了γ-TiAl基合金與GH99鎳基高溫合金的真空釬焊連接，釬焊接頭典型界面結(jié)構(gòu)為：GH99/(Ni)ss(γ)+Ni3B+CrB+富Ti-硼化物/TiNi2A1/TiNiAl+Ti3Al/TiAl；隨著釬焊溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，較多的B和Si元素

?鋁系合金與鎳基高溫合金在物理和化學(xué)性能方面的差異，采用熔焊方法，較難獲得高強(qiáng)度接頭。以多種合金為填充材料時(shí)，異種材料接頭中形成多種脆性化合物，在熱應(yīng)力作用下容易導(dǎo)致裂紋萌生。雖然采用焊縫梯度過(guò)渡的方法使接頭性能有所改善，但工藝較為復(fù)雜，而且與母材相比接頭強(qiáng)度依然偏低，，無(wú)法最終解決兩種材料的異種連接問(wèn)題。筆者認(rèn)為，研發(fā)合適的填充材料，降低脆性化合物的形成傾向，優(yōu)化焊接工藝，降低焊后冷卻速率是解決異種材料氬弧焊連接的關(guān)鍵。圖1Ti-Nb-Ni合金焊絲得到的Ti3Al/GH4169接頭微觀組織圖2焊縫梯度過(guò)渡Ti3Al/GH4169接頭截面背散射電子像2鈦鋁系合金與鎳基高溫合金釬焊連接與熔焊不同，釬焊過(guò)程中可對(duì)焊件整體均勻加熱，母材變形和殘余應(yīng)力小，容易保證焊件的尺寸精度，特別適宜微型精密、形狀復(fù)雜、開(kāi)敞性差的焊接結(jié)構(gòu)。而且采用釬焊方法可以解決其他連接方法難以甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一些異種材料之間的連接。釬料的選擇與設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)良好釬焊連接，獲得高強(qiáng)度接頭的關(guān)鍵。表2列出了國(guó)內(nèi)外對(duì)鈦鋁系合金與鎳基高溫合金釬焊連接的研究結(jié)果。陳波等[30]以Ti-13Zr-21Cu-9Ni(質(zhì)量分?jǐn)?shù))釬料真空釬焊了Ti3Al基合金與GH536鎳基高溫合金，接頭中形成較多的Ti-Ni、Ti-Fe等脆性化合物，導(dǎo)致在靠近GH536基體側(cè)的釬縫中形成縱向裂紋，嚴(yán)重惡化了接頭性能。在960℃/5min規(guī)范下接頭抗剪強(qiáng)度只有86MPa。何鵬等[31]采用BNi2釬料研究了γ-TiAl基合金與GH99鎳基高溫合金的真空釬焊連接，釬焊接頭典型界面結(jié)構(gòu)為：GH99/(Ni)ss(γ)+Ni3B+CrB+富Ti-硼化物/TiNi2A1/TiNiAl+Ti3Al/TiAl；隨著釬焊溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，較多的B和Si元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入兩側(cè)母材，導(dǎo)致釬縫中硼化物數(shù)量減少，但TiAl/
【作者單位】： 北京航空材料研究院焊接與塑性成形研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(51405456) 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(SKLABFMT201603)資助項(xiàng)目
【分類號(hào)】：TG457.1

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本文編號(hào)：2521703