【摘要】：輕型結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)材料越來(lái)越被人們所追崇。不論從經(jīng)濟(jì)性和使用性考慮,還是在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用中,單一的傳統(tǒng)材料都無(wú)法滿足設(shè)備和結(jié)構(gòu)件對(duì)材料性能的要求。因此,兩種及其以上的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料在實(shí)際生產(chǎn)中越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。作為兩種常用結(jié)構(gòu)材料的鈦與鋼之間的連接具有重要實(shí)踐意義。但由于鈦與鋼兩者在物理、冶金性能方面存在較大差異而難以實(shí)現(xiàn)有效連接。鑒于此,本文以鈦與低碳鋼為研究對(duì)象,對(duì)其電阻點(diǎn)焊接頭組織、性能進(jìn)行研究。為了對(duì)比,本研究首先對(duì)工業(yè)純鈦/鋼進(jìn)行了直接電阻點(diǎn)焊連接,采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡對(duì)接頭熔核的顯微組織以及接頭斷口形貌觀察、分析,采用XRD射線衍射儀對(duì)接頭斷口的物相進(jìn)行了檢測(cè)。探討了焊接電流、焊接時(shí)間及電極壓力對(duì)接頭熔核直徑和接頭的抗剪載荷的影響。觀察了接頭斷口的斷裂形式以及斷裂位置。為了抑制界面冶金反應(yīng),本文分別借助純銅和純鈮為中間層介質(zhì)對(duì)工業(yè)純鈦與低碳鋼進(jìn)行了電阻點(diǎn)焊,研究了鈦/Cu/鋼、鈦/Nb/鋼的接頭組織,探討了焊接參數(shù)對(duì)接頭熔核直徑和力學(xué)性能的影響,觀察、分析了接頭斷口表面特征。鈦/低碳鋼直接電阻點(diǎn)焊接頭的最大抗剪載荷只有3.3k N。在鈦/鋼直接點(diǎn)焊接頭中形成了宏觀均質(zhì)的熔核,在厚度方向上接頭熔核偏向鈦側(cè)。接頭熔核由靠近鋼側(cè)的TiFe_2+α-Fe共晶組織、熔核內(nèi)部的TiFe柱狀晶和靠近鈦側(cè)的TiFe+α-Ti的共晶組織。對(duì)鈦/鋼直接電阻點(diǎn)焊接頭斷口分析得出接頭斷裂發(fā)生在界面生成的金屬間化合物處,接頭斷裂為脆性斷裂。采用Cu中間層點(diǎn)焊鈦/鋼時(shí),鈦/Cu/鋼接頭內(nèi)部有裂紋生成,接頭熔核呈帽型。靠近鈦基體生成了厚度約為15μm的FeTi、α-Ti共晶反應(yīng)層�？拷摶w則生成了厚度約為10μm的α-Fe、Ti Fe_2相的反應(yīng)層。熔核內(nèi)部組織則為黑白相間的TiFe和TiFe_2條狀組織。采用Nb作中間層焊接鈦/鋼時(shí),中間層Nb介質(zhì)可以抑制Ti向鋼側(cè)的擴(kuò)散,但不能夠抑制Fe向鈦側(cè)的擴(kuò)散。鋼側(cè)熔核組織主要為α-Fe和Fe-Nb金屬間化合物。而鈦側(cè)熔核邊緣處則形成了厚度約為10μm的α-βTi帶狀組織,熔核內(nèi)部組織則主要為α-Ti與Fe-Ti的金屬間化合物。鈦/Cu/鋼接頭的最大抗剪載荷為4.4kN,鈦/Nb/鋼接頭的最大抗剪載荷為4.5kN。使用Cu、Nb作中間層焊接鈦/鋼時(shí),接頭力學(xué)性能均得到了提高。鈦/Cu/鋼接頭力學(xué)性能的提高主要是由于熔核邊緣處的Cu中間層與基體形成的環(huán)狀物增強(qiáng)了接頭的力學(xué)性能。而鈦/Nb/鋼接頭力學(xué)性能的提高主要是由于熔核中Fe-Ti金屬間化合數(shù)量的減少,然而Fe與Nb反生成的金屬間化合物的厚度則抑制了接頭力學(xué)性能的提高。
【圖文】：

表 1-1 鈦、鐵的物理性能對(duì)比Tab. 1-1 the performance of titanium and steel料（主分）熔點(diǎn)(℃)密度(kg ·m-3)線膨脹系數(shù)(10-6·K-1)電阻率(μΩ·cm)熱導(dǎo)率(J·m-3·℃-11668 4.5 8.6 420 21.91500 7.86 11.76 96.1 80.42） 在冶金性能方面，由圖 1-1 的 Ti-Fe 二元相圖[12]可知，室溫下解度僅為 0.05%~0.1%(wt.%)。鐵在α-Ti 中的溶解度最大也t.%)。同時(shí)鈦容易發(fā)生轉(zhuǎn)變，高溫時(shí)以 BCC 晶格結(jié)構(gòu)β-Ti 存在，，P 晶格結(jié)構(gòu)的α-Ti。相變轉(zhuǎn)變溫度為 882℃。鐵在鈦中的固溶度會(huì)的升高而增大，隨著焊接溫度的降低而減小，在凝固過(guò)程中會(huì)在焊鈦中的過(guò)飽和組織，以及脆、硬性的 TiFe、TiFe2等金屬間化合物性和強(qiáng)度降低，給鈦鋼異種材料的連接帶來(lái)了很大的困難。

第 1 章 緒論TiC 等多種脆性金屬間化合物[8-10,13]，導(dǎo)致焊縫脆化，容易在焊，嚴(yán)重降低了焊接接頭的性能。此，在鈦/鋼焊接時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)來(lái)避免鈦/鋼的直接接觸上述問(wèn)題，避免脆、硬性金屬間化合物或者抑制金屬間化合物的接頭殘余應(yīng)力，以此來(lái)提高焊接接頭的塑性和韌性，從而實(shí)現(xiàn)鈦可靠性連接。內(nèi)外研究現(xiàn)狀/鋼熔化焊內(nèi)外關(guān)于鈦與鋼的熔化焊研究主要集中在高能密度焊，例如電子光焊[19-21,23-26.28-30]、離子束以及激光復(fù)合焊[27]等焊接領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG453.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2576980