本文關(guān)鍵詞：熱氫處理對(duì)電場(chǎng)作用下Ti3Al合金擴(kuò)散連接的影響

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【摘要】：本文研究了熱氫處理對(duì)電場(chǎng)作用下Ti3Al合金(Ti-24Al-14Nb-3V)擴(kuò)散連接的影響。Ti3Al合金試樣由自行研制的熱氫處理爐進(jìn)行熱氫處理。在論文工作的前期階段進(jìn)行了大量的熱氫處理試驗(yàn),得到了大量的不同熱氫處理參數(shù)下Ti3Al合金氫含量的數(shù)據(jù),探索出了熱氫處理參數(shù)對(duì)Ti3Al合金氫含量的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,最終Ti3Al合金的氫含量是取決于熱氫處理過(guò)程中的滲氫溫度、保溫時(shí)間、氫氣流動(dòng)速率和試樣的比表面積等參數(shù)。根據(jù)前期工作中探索出的熱氫處理對(duì)Ti3Al合金氫含量的影響規(guī)律,精準(zhǔn)控制Ti3Al合金氫含量,得到了氫含量分別為0、0.3、0.5和0.7wt%的Ti3Al合金試樣,用于后期的研究工作。利用上述四種氫含量的試樣,通過(guò)觀察金相和XRD分析等手段研究了氫含量對(duì)Ti3Al合金顯微組織和相組成的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明,原始Ti3Al合金由α2、B2和O相組成,而氫含量對(duì)各相的相對(duì)數(shù)量有著很大程度的影響,特別是隨著氫含量的升高,O相得相對(duì)數(shù)量大幅度地增加,在較高的氫含量下,Ti3Al合金中開(kāi)始出現(xiàn)了ε氫化物。在壓縮溫度為990℃、變形速率為8.3×10-2s-1的熱變形條件下對(duì)上述四種氫含量的試樣進(jìn)行了高溫壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)熱氫處理后,Ti3Al合金的熱變形行為得到了極大的改善,特別是當(dāng)氫含量為0.3wt%H時(shí),試樣的峰值流變應(yīng)力與無(wú)氫試樣(上述四種氫含量試樣中氫含量為0的試樣)相比下降多達(dá)40%。本文還對(duì)不同氫含量的Ti3Al合金試樣進(jìn)行了擴(kuò)散連接試驗(yàn)(每次試驗(yàn)中相同氫含量的試樣組成一對(duì)進(jìn)行擴(kuò)散連接)。試驗(yàn)中對(duì)試樣施加以不同強(qiáng)度的電場(chǎng),對(duì)連接接頭進(jìn)行剪切試驗(yàn),并采用SEM等手段分析氫含量和電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)Ti3Al合金擴(kuò)散連接后接頭強(qiáng)度和顯微組織的影響。研究結(jié)果表明,熱氫處理顯著提高了Ti3Al合金擴(kuò)散連接的接頭強(qiáng)度,在溫度為990℃、保溫時(shí)間為90min、壓力為12MPa的條件下進(jìn)行擴(kuò)散連接試驗(yàn)時(shí)(本文中所有擴(kuò)散連接試驗(yàn)均采用這一套參數(shù),僅改變電場(chǎng)強(qiáng)度),氫含量為0.9%wt%的試樣擴(kuò)散連接接頭剪切強(qiáng)度為302MPa,相比于無(wú)氫試樣206MPa的連接強(qiáng)度有了明顯提升,同時(shí),無(wú)氫試樣擴(kuò)散連接后,沿著連接界面會(huì)觀察到一些孔洞,但是在熱氫處理后的含氫試樣中卻觀察不到。此外,隨著氫含量的上升,試樣的晶粒尺寸逐漸減小,而且氫含量分別為0.6和0.9wt%H的試樣擴(kuò)散連接后,連接界面附近可以明顯觀察到一層較厚的擴(kuò)散反應(yīng)層。在擴(kuò)散連接過(guò)程中施加電場(chǎng),試樣的剪切強(qiáng)度增大,在電壓較低時(shí)電場(chǎng)的強(qiáng)化作用更加顯著,而在高電壓下,這一作用被削弱。熱氫處理和施加電場(chǎng)綜合作用下Ti3Al合金擴(kuò)散連接接頭強(qiáng)度要優(yōu)于單獨(dú)進(jìn)行熱氫處理或單獨(dú)施加電場(chǎng)的接頭強(qiáng)度。例如,氫含量為0.3wt%H的試樣在電壓為200V的條件下擴(kuò)散連接后的剪切強(qiáng)度達(dá)到了316MPa,是所有剪切試驗(yàn)中剪切強(qiáng)度最高的,比無(wú)氫試樣無(wú)電場(chǎng)作用下擴(kuò)散連接接頭的剪切強(qiáng)度高出54%。最后,對(duì)不同氫含量的試樣進(jìn)行了顯微硬度測(cè)試,結(jié)果表明,隨著氫含量的上升,Ti3Al合金的顯微硬度逐漸增加,氫含量為0.9wt%H的試樣的顯微硬度達(dá)到最高值856HV,而原始試樣的顯微硬度僅為336HV。
【關(guān)鍵詞】：擴(kuò)散連接 熱氫處理 電場(chǎng) 機(jī)械性能 顯微組織
【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
【分類號(hào)】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• Chapter 1 Introduction10-43
• 1.1 Background and Source of the Subject10-14
• 1.1.1 Source of the topic10-12
• 1.1.2 Research background12-14
• 1.2 Status of the Research in this field14-40
• 1.2.1 Effects of hydrogen on materials14-30
• 1.2.2 Hydrogenation technologies30-36
• 1.2.3 Field-assisted diffusion bonding (FDB)36-40
• 1.3 Content of the Project40-41
• 1.4 Material necessary41-42
• 1.5 Summary42-43
• Chapter 2 Materials & Experiments43-59
• 2.1 Hydrogenation Process43-47
• 2.1.1 Establishment of hydrogenation parameters43-45
• 2.1.2 Experimental protocol45-47
• 2.2 Diffusion Bonding of Ti3Al alloys47-54
• 2.2.1 Hydrogenation of the samples47-48
• 2.2.2 Establishment of bonding parameters48-50
• 2.2.3 Experimental protocol50-54
• 2.3 Characterisation54-57
• 2.3.1 Mechanical tests54-56
• 2.3.2 Microstructural analysis56-57
• 2.4 Summary57-59
• Chapter 3 Hydrogenation of Ti3Al Alloy59-79
• 3.1 Influences of the processing parameter on the hydrogen content59-66
• 3.1.1 Influence of the temperature and holding time on hydrogen content59-62
• 3.1.2 Influence of the gas flowing rate on hydrogen content62-64
• 3.1.3 Influence of sample’s shape on hydrogen content64-65
• 3.1.4 Accuracy analysis65-66
• 3.2 Influence of hydrogenation on the microstructure66-74
• 3.2.1 Observation of microstructure by Scanning Electron Microscopy66-70
• 3.2.2 Analysis of phase structure by XRD70-74
• 3.3 Hot deformation behavior of Ti3Al alloy with hydrogen74-77
• 3.4 Summary77-79
• Chapter 4 Electric Field Assisted Diffusion Bonding of Ti3Al Alloy withHydrogen79-101
• 4.1 Determination of the optimum bonding parameters79-83
• 4.2 Influence of the electric field and/or hydrogen on the diffusion bonding ofTi3Al alloys83-99
• 4.2.1 Influence of the hydrogen content on the shear strength of Ti3Al alloybonding joints84-86
• 4.2.2 Influence of the electric field on the shear strength of Ti3Al alloybonding joints86-87
• 4.2.3 Cumulative effect of hydrogen content and electric field on the shearstrength of Ti3Al alloy bonding joints87-89
• 4.2.4 Residual hydrogen content89-92
• 4.2.5 Characterization of microstructure and hardness92-99
• 4.3 Summary99-101
• Conclusions101-104
• References104-111
• Acknowledgements111

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 ;Diffusion Bonding of Ti_3Al Base Alloy[J];Journal of Materials Science & Technology;1996年06期

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本文編號(hào)：910253