本文關(guān)鍵詞：微束等離子熔焊工藝的研究

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【摘要】：微束等離子熔焊自上世紀50年代產(chǎn)生以來越來越多的受到人們重視，其具有焊接電流小、能量密度高、熱輸入小、電弧挺度高、電弧穩(wěn)定等特點。與電子束焊、激光焊相比具有生產(chǎn)成本低、設備簡單、易于控制的優(yōu)點。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對材料表面性能和材料精密焊接的要求越來越高。因此，采用微束等離子熔焊工藝實現(xiàn)涂層的制備和薄細材料的焊接成為眾多研究對象。本文采用LHM-50精密微束等離子焊機在鈦合金表面制備鈦基復合材料涂層和焊接鈦合金薄板，并對復合材料涂層和焊接接頭的組織和性能進行研究，分析不同熔焊電流對其的影響。利用金相顯微鏡（OM）和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察組織形貌、X-射線衍射儀（XRD）分析相組成、能譜分析儀（EDS）分析成分，維氏顯微硬度計、摩擦磨損試驗機和拉伸試驗機測試性能。 結(jié)果表明，優(yōu)化后的微束等離子熔焊工藝參數(shù)成功制備了原位合成TiC增強鈦基復合材料涂層和實現(xiàn)不同厚度TC4鈦合金薄板的單面焊雙面成形。涂層主要由TiC、α-Ti和β-Ti構(gòu)成，隨著Cr3C2含量增加涂層基體由α-Ti和β-Ti的雙相組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ti組織，Cr3C2含量等于5%時產(chǎn)生共晶TiC增強相，呈片狀和顆粒狀，大于10%時產(chǎn)生初生TiC增強相，呈枝晶、短棒和顆粒狀，并且TiC增強相隨熔焊電流增大而結(jié)構(gòu)粗大。涂層硬度隨著Cr3C2含量增加而增加，20%時達到最大平均硬度1200HV，為基體的3.5倍。由于摩擦過程中TiC顆粒剝落參與的二次磨損，含有15%和20%Cr3C2的涂層平均摩擦系數(shù)較基體增大。比較不同成分涂層平均摩擦系數(shù)和磨損形貌分析發(fā)現(xiàn)，含有10%Cr3C2的涂層抗磨損性能最佳。TC4薄板焊縫組織均為大β晶粒內(nèi)部定向分布著針狀馬氏體組織，隨電流增加針狀馬氏體寬度、長度均和混亂度增加，同時β晶粒尺寸也變大。焊縫的平均硬度值約為420HV，高出基材約80HV，硬度在熔合線附近達到最大值。三種接頭的抗拉強度為基材的95%，，拉伸斷裂于熱影響區(qū)，斷口形貌為準解理斷裂形貌，斷裂方式為脆性穿晶斷裂。在該實驗條件下，采用微束等離子熔焊工藝制備鈦基復合材料涂層的主要工藝參數(shù)為，熔焊電流30A、離子氣0.5L/min、熔焊速度1mm/s。熔焊0.5、0.8、1.0mm厚的TC4鈦合金薄板的主要工藝參數(shù)為，熔焊電流15、22、28A；離子氣0.5～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8L/min；熔焊速度3、2.5、2.3mm/s。
【關(guān)鍵詞】：微束等離子熔焊 工藝參數(shù) 鈦基復合材料涂層 TC4薄板
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG442
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 等離子弧焊接9-10
• 1.2 微束等離子熔焊10-12
• 1.3 鈦及鈦合金概述12-16
• 1.3.1 鈦合金元素及其作用13
• 1.3.2 鈦及鈦合金的分類和性能13-14
• 1.3.3 鈦合金的顯微組織14-15
• 1.3.4 鈦基復合材料15
• 1.3.5 鈦合金焊接性15-16
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容及目標16-17
• 第2章 試驗材料及研究方法17-23
• 2.1 試驗材料及設備17-19
• 2.1.1 試驗材料17-18
• 2.1.2 試驗設備18-19
• 2.2 鈦基復合材料涂層及焊接試樣的制備19-20
• 2.2.1 鈦基復合材料涂層的制備19
• 2.2.2 焊接試樣的制備19-20
• 2.3 鈦基復合材料涂層檢測20-21
• 2.3.1 組織形貌觀察及成分分析20
• 2.3.2 相結(jié)構(gòu)分析20
• 2.3.3 顯微硬度測試20
• 2.3.4 鈦基復合材料涂層摩擦磨損性能測試20-21
• 2.4 TC4 鈦合金薄板焊接試樣檢測21-23
• 2.4.1 組織形貌觀察21
• 2.4.2 相結(jié)構(gòu)分析21
• 2.4.3 顯微硬度測試21
• 2.4.4 拉伸試驗21-23
• 第3章 試驗結(jié)果與分析23-55
• 3.1 原位合成 TiC 增強鈦基復合材料涂層熱力學及凝固原理分析23-28
• 3.1.1 熱力學基礎(chǔ)23-26
• 3.1.2 凝固原理分析26-28
• 3.2 微束等離子原位合成 TiC 增強鈦基復合材料涂層的相及組織分析28-39
• 3.2.1 涂層相結(jié)構(gòu)分析28-29
• 3.2.2 涂層組織及成分分析29-37
• 3.2.3 TiC 生長形態(tài)與缺碳現(xiàn)象的分析37-39
• 3.3 微束等離子原位合成 TiC 增強鈦基復合材料涂層的性能分析39-42
• 3.3.1 涂層顯微硬度39-40
• 3.3.2 涂層摩擦磨損性能40-42
• 3.4 微束等離子熔焊 TC4 鈦合金薄板焊接接頭組織形貌分析42-51
• 3.4.1 接頭宏觀形貌分析42-44
• 3.4.2 接頭焊縫微觀組織形貌分析44-46
• 3.4.3 接頭 HAZ 組織分析46-49
• 3.4.4 熔焊電流對接頭組織的影響49-51
• 3.5 微束等離子熔焊 TC4 鈦合金薄板焊接接頭的性能分析51-55
• 3.5.1 接頭硬度分布51-52
• 3.5.2 接頭拉伸性能52-55
• 第4章 結(jié)論55-56
• 參考文獻56-59
• 在學研究成果59-60
• 致謝60

【參考文獻】

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本文編號：818257