【摘要】：鈦/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合了鈦的耐蝕性和鋼的優(yōu)良力學(xué)性能,在船舶、電力、石油化工和航空航天等行業(yè)應(yīng)用廣泛。但鈦和鋼的物理、化學(xué)性能差異較大,焊接區(qū)極易形成多種脆性金屬間化合物,而致開裂,接頭力學(xué)性能低劣。本文應(yīng)用儲(chǔ)能焊技術(shù)對(duì)TA2與0Cr18Ni9薄板實(shí)施快速凝固連接,旨在抑制脆性金屬間化合物,提高接頭性能。并通過(guò)添加Ti-Fe-Ni-Cr-Co、Ti-Fe-Ni-Cr-Cu、Ti-Fe-Ni-Cr-Co-V、Ti-Fe-Ni-Cr-Co-Cu四種中間層,研究了熔核金屬高熵化特性及其對(duì)接頭組織和性能的影響。研究結(jié)果表明:TA2/OCr18Ni9薄板直接儲(chǔ)能焊的熔核橫截面整體呈棗核狀。鈦側(cè)熔核主要為細(xì)密柱狀晶+等軸晶組織,其內(nèi)部發(fā)現(xiàn)多條裂紋,最長(zhǎng)達(dá)100μm。結(jié)合界面近鈦側(cè)形成TiFe化合物層,厚度約為30μm;結(jié)合界面處形成厚度約為5～8μm的對(duì)向生長(zhǎng)組織,主要為TiFe、TiFe2脆性金屬間化合物,其上有多條垂直于鈦/鋼結(jié)合界面裂紋;鋼側(cè)熔核為柱狀晶+等軸晶組織,熔合區(qū)約為12～18μm。在儲(chǔ)能焊充電電容500μF,電壓950V,電極壓力40N條件下,接頭平均剪切強(qiáng)度為178MPa�；谌酆私饘俑哽睾辖鸹夹g(shù)思路,應(yīng)用固溶體判據(jù)、熱力學(xué)第一性原理和密度泛函理論計(jì)算得到塑韌性能較優(yōu)的四種合金分別為Ti20Fe25Ni25Cr20Co10、Ti20Fe25Ni25Cr10Cu20、Ti20Fe25Ni25Cr10Co10V10和Ti20Fe25Ni25Cr10Co15Cu5,以此折算的四種中間層合金依次為Fe2Ni51Cr23Co24、Ni46Cr3Cu51、Fe2Ni51Cr4Co25V18和Fe1Ni48Cr3Co34Cu13�；谌酆烁哽鼗�,使用中間層合金的TA2/0Cr18Ni9儲(chǔ)能焊接頭,有效抑制了脆性金屬間化合物形成,并形成簡(jiǎn)單固溶體,力學(xué)性能明顯提升。近鈦側(cè)形成TiFe、TiFe2等脆性金屬間化合物層,厚度約為10～15μm,其寬度遠(yuǎn)小于無(wú)中間層儲(chǔ)能焊接頭。在儲(chǔ)能焊電極壓力為45N,電壓為1050V,電容為500μF條件下,均獲得了剪切強(qiáng)度良好的焊接接頭。添加 Fe2Ni51Cr23Co24、Fe2Ni51Cr4Co25V18、Fe1Ni48Cr3Co34Cu13 三種中間層時(shí),沿結(jié)合界面垂線方向,接頭組織結(jié)構(gòu)變化為:Ti(s,s)→(α-Ti+TiFe)→(FCC+BCC)(s,s)→γFe(s,s)。結(jié)合界面均形成塑性良好的簡(jiǎn)單固溶體層,緩釋接頭應(yīng)力,減少接頭裂紋的產(chǎn)生。由拉剪試驗(yàn)計(jì)算得到接頭剪切強(qiáng)度分別為294、243、293MPa。添加Fe2Ni51Cr23Co24、Fe2Ni51-Cr4Co25V18中間層時(shí),熔核內(nèi)形成的簡(jiǎn)單固溶體層元素含量近似于設(shè)計(jì)熔核成分:Ti20Fe25Ni25Cr20Co10和 Ti20Fe25Ni25Cr10Co10V10;添加 Fe1Ni48Cr3CO34Cu13 中間層形成的簡(jiǎn)單固溶體成分與Ti20Fe25Ni25Cr10Co15Cu5差異較大�；诟哽匦�(yīng),熔核內(nèi)形成簡(jiǎn)單固溶體有效抑制了 TA2/OCr18Ni9薄板儲(chǔ)能焊接頭脆性金屬間化合物的產(chǎn)生,提高了焊接質(zhì)量。不同成分的固溶體對(duì)接頭質(zhì)量影響不同,接頭中V元素含量添加,提高了鈦/鋼接頭固溶體形成傾向,增大了 BCC相的體積分?jǐn)?shù),接頭簡(jiǎn)單固溶體層的脆性增加,裂紋數(shù)量增加,接頭質(zhì)量下降。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG44
【圖文】：

激光焊S.F.Gnyusov【18】添加 Cu 中間層對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行了激光焊接，結(jié)果表明：在激功率 1.5kw，脈寬 14ms，焊接速度 0.32m/min 條件下，光束向不銹鋼側(cè)偏移，得到強(qiáng)度 337MPa 的焊件。發(fā)現(xiàn)銅/鈦界面處形成了 Ti-Cu 相和少量 Ti-Fe 相。在銅基體中分布著鋼組成的團(tuán)聚固溶體，可減小應(yīng)力集中。加入銅中間層可以減少 Ti-Fe 脆性相的產(chǎn)生， Ti-Cu 相脆性低于 Ti-Fe 相，接頭的性能得以改善。綜上，對(duì)鈦/鋼進(jìn)行直接熔化焊時(shí)，由于焊接溫度高，Tm以上時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致焊縫中成層狀 TiFe、TiFe2脆性金屬間化合物，進(jìn)而產(chǎn)生焊接裂紋。采用銅作為中間層時(shí)，形含 Fe-Cu-Ti 相焊縫，塑性優(yōu)于 TiFe、TiFe2，但是組織分布不均勻，拉伸試驗(yàn)表明，在-鈦結(jié)合面發(fā)生斷裂；采用 Ag 作為中間層時(shí)，可形成無(wú)裂紋塑性接頭，但成本過(guò)高。.3.2 釬焊釬焊是指采用比焊接母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔圖 1-2 焊縫組織微觀形貌【16】Fig. 1-2 Microstructure morphology of joint圖 1-3 焊接接頭斷裂形貌【16】Fig. 1-3 Morphology of joint fracture surface

激光焊S.F.Gnyusov【18】添加 Cu 中間層對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行了激光焊接，結(jié)果表明：在激功率 1.5kw，脈寬 14ms，焊接速度 0.32m/min 條件下，光束向不銹鋼側(cè)偏移，得到強(qiáng)度 337MPa 的焊件。發(fā)現(xiàn)銅/鈦界面處形成了 Ti-Cu 相和少量 Ti-Fe 相。在銅基體中分布著鋼組成的團(tuán)聚固溶體，可減小應(yīng)力集中。加入銅中間層可以減少 Ti-Fe 脆性相的產(chǎn)生， Ti-Cu 相脆性低于 Ti-Fe 相，接頭的性能得以改善。綜上，對(duì)鈦/鋼進(jìn)行直接熔化焊時(shí)，由于焊接溫度高，Tm以上時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致焊縫中成層狀 TiFe、TiFe2脆性金屬間化合物，進(jìn)而產(chǎn)生焊接裂紋。采用銅作為中間層時(shí)，形含 Fe-Cu-Ti 相焊縫，塑性優(yōu)于 TiFe、TiFe2，但是組織分布不均勻，拉伸試驗(yàn)表明，在-鈦結(jié)合面發(fā)生斷裂；采用 Ag 作為中間層時(shí)，可形成無(wú)裂紋塑性接頭，但成本過(guò)高。.3.2 釬焊釬焊是指采用比焊接母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔圖 1-2 焊縫組織微觀形貌【16】Fig. 1-2 Microstructure morphology of joint圖 1-3 焊接接頭斷裂形貌【16】Fig. 1-3 Morphology of joint fracture surface

圖 1-4 Ti/Ag/304 接頭斷口形貌【26】racture morphology observations of the Ti/Ag進(jìn)行擴(kuò)散焊時(shí)，可以獲得強(qiáng)度較高的易產(chǎn)生 Ti Fe2、TiFe 脆性金屬間化合物 中間層時(shí)，通過(guò)接頭結(jié)合界面處形成了接頭強(qiáng)度，接頭斷裂形式表現(xiàn)為頭，但是成本較高【26】。產(chǎn)生的沖擊力加速一個(gè)板，使其撞擊材被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)，尤其是用于進(jìn)行了爆炸焊鈦鋼復(fù)合板的微觀組織265 Grade1 (ASME)鈦板 (6mm)和 St貌呈波浪狀如圖 1-5，通過(guò)透射電子顯有較多的位錯(cuò)和孿晶形成，并且細(xì)晶局部熔化區(qū)出現(xiàn)較多的微裂紋如圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2771787