本文關(guān)鍵詞：高鈮TiAl合金釬焊工藝及接頭性能研究

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【摘要】：本文采用自制的Ti-28Ni(wt.%)共晶釬料實(shí)現(xiàn)了高鈮Ti Al合金的可靠無(wú)缺陷釬焊連接。研究了釬焊工藝對(duì)界面組織和接頭連接性能的影響,獲得了最優(yōu)的釬焊工藝(1100°C/15min)。選取最優(yōu)工藝下獲得的釬焊接頭進(jìn)行了800°C的高溫耐久性試驗(yàn),分析了高溫以及空氣氧化腐蝕作用對(duì)接頭內(nèi)部界面組織、釬縫端部組織和母材表面組織的影響,綜合探究了接頭的斷裂位置與剪切強(qiáng)度以及接頭組織之間的關(guān)系。歸納了接頭的形成和演化過(guò)程,對(duì)接頭反應(yīng)層的生長(zhǎng)行為進(jìn)行了研究。真空電弧熔煉方法制備的Ti-28Ni共晶釬料主要由δ-Ti2Ni相和Ti基固溶體構(gòu)成,釬料的固相線和液相線溫度分別為940°C和980°C。釬焊接頭的界面組織為對(duì)稱結(jié)構(gòu),包含兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)和一個(gè)釬縫區(qū),界面中形成了α2-Ti3Al,δ-Ti2Ni,τ3-Al3Ni Ti2和B2相。釬焊工藝對(duì)界面組織有很大的影響,隨著釬焊溫度升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng),Ni元素從釬料向母材的擴(kuò)散量增多,促進(jìn)了擴(kuò)散區(qū)的增寬和釬縫區(qū)的變窄,但是釬縫區(qū)中連續(xù)的α2-Ti3Al物相層對(duì)釬焊工藝的變化并不敏感。1100°C/15min工藝下獲得的接頭具備了最大的室溫和高溫剪切強(qiáng)度,分別為248.6MPa和166.4MPa。裂紋傾向在連續(xù)的δ-Ti2Ni和α2-Ti3Al層中形成和擴(kuò)展,過(guò)高的釬焊溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間引起接頭脆性增加,導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)在剪切試驗(yàn)中產(chǎn)生大量裂紋。最優(yōu)工藝下(1100°C/15min)獲得的高鈮Ti Al合金釬焊接頭在經(jīng)受300h的高溫耐久性試驗(yàn)后,接頭內(nèi)部的界面形貌、物相構(gòu)成以及元素含量并未發(fā)生明顯的變化。釬縫端部組織在高溫保存時(shí)間超過(guò)55h后,端部表面開(kāi)始生成混合氧化物反應(yīng)層,氧化膜下方形成了多孔結(jié)構(gòu),300h后氧化腐蝕深度達(dá)到了25μm左右。母材表面氧化物隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷增多,300h后母材表面生成了5μm厚的氧化物反應(yīng)層。300h時(shí)接頭室溫剪切強(qiáng)度降低為最小值147.8MPa。與未進(jìn)行高溫試驗(yàn)的接頭剪切強(qiáng)度相比(248.6MPa)降低了約40.5%。高溫氧化環(huán)境引起了接頭組織脆性增加,尤其是釬縫端部經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間氧化腐蝕后形成了孔洞結(jié)構(gòu),剪切試驗(yàn)中裂紋容易在該區(qū)域形成并擴(kuò)展到接頭內(nèi)部,導(dǎo)致了接頭剪切強(qiáng)度的迅速降低。1100°C/15min釬焊條件下獲得的典型接頭的形成過(guò)程可以細(xì)劃為六個(gè)階段。不同釬焊工藝下獲得的接頭具有相似的形成過(guò)程,但之間也有一些不同。利用菲克第一和第二擴(kuò)散定律,結(jié)合Ni元素在擴(kuò)散區(qū)中的擴(kuò)散行為,對(duì)擴(kuò)散區(qū)的生長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,獲得了擴(kuò)散區(qū)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程。
【關(guān)鍵詞】：高鈮TiAl合金 釬焊 微觀組織 連接性能 高溫性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG454
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景與研究意義9-10
• 1.2 TiAl基合金連接的研究現(xiàn)狀10-18
• 1.2.1 TiAl基合金的熔化焊連接10-12
• 1.2.2 TiAl基合金的摩擦焊連接12
• 1.2.3 TiAl基合金的擴(kuò)散連接12-14
• 1.2.4 TiAl基合金的釬焊連接14-18
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 試驗(yàn)材料和方法19-25
• 2.1 試驗(yàn)材料19-20
• 2.1.1 試驗(yàn)?zāi)覆?/span>19
• 2.1.2 釬料選擇19-20
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備20-21
• 2.3 試驗(yàn)方法21-23
• 2.3.1 釬料制備21-22
• 2.3.2 釬焊過(guò)程22-23
• 2.3.3 高溫耐久性試驗(yàn)23
• 2.4 釬焊接頭組織分析23
• 2.5 釬焊接頭性能測(cè)試和斷口分析23-25
• 第3章 Ti-28Ni釬料釬焊高鈮TiAl合金工藝研究25-41
• 3.1 Ti-28Ni釬料顯微組織和物相分析25-26
• 3.2 釬焊工藝及界面組織分析26-39
• 3.2.1 釬焊溫度對(duì)界面微觀組織和力學(xué)性能的影響26-32
• 3.2.2 保溫時(shí)間對(duì)界面微觀組織和力學(xué)性能的影響32-39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第4章 接頭高溫耐久性試驗(yàn)研究41-55
• 4.1 耐久性試驗(yàn)對(duì)接頭微觀組織的影響41-51
• 4.1.1 接頭內(nèi)部的組織變化41-47
• 4.1.2 釬縫端部的組織變化47-48
• 4.1.3 母材表面的組織變化48-51
• 4.2 耐久性試驗(yàn)對(duì)接頭性能的影響51-53
• 4.3 本章小結(jié)53-55
• 第5章 界面擴(kuò)散區(qū)生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析55-64
• 5.1 高鈮TiAl合金釬焊接頭的形成過(guò)程55-58
• 5.2 擴(kuò)散區(qū)生長(zhǎng)行為研究58-63
• 5.2.1 動(dòng)力學(xué)模型建立58-61
• 5.2.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算61-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果71-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 趙麗利;林均品;王艷麗;葉豐;陳國(guó)良;;Ti50Al和Ti45A18Nb合金高溫初期氧化行為[J];金屬學(xué)報(bào);2008年05期

2 林均品;陳國(guó)良;;TiAl基金屬間化合物的發(fā)展[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2009年01期

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本文編號(hào)：1090466