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.%)共晶釬料實現(xiàn)了高鈮Ti Al合金的可靠無缺陷釬焊連接。研究了釬焊工藝對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行了800°C的高溫耐久性試驗,分析了高溫以及空氣氧化腐蝕作用對接頭內(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程,對接頭反應層的生長行為進行了研究。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稱結(jié)構(gòu),包含兩個擴散區(qū)和一個釬縫區(qū),界面中形成了α2-Ti3Al,δ-Ti2Ni,τ3-Al3Ni Ti2和B2相。釬焊工藝對界面組織有很大的影響,隨著釬焊溫度升高或保溫時間的延長,Ni元素從釬料向母材的擴散量增多,促進了擴散區(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層中形成和擴展,過高的釬焊溫度和過長的保溫時間引起接頭脆性增加,導致擴散區(qū)在剪切試驗中產(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間超過55h后,端部表面開始生成混合氧化物反應層,氧化膜下方形成了多孔結(jié)構(gòu),300h后氧化腐蝕深度達到了25μm左右。母材表面氧化物隨時間延長不斷增多,300h后母材表面生成了5μm厚的氧化物反應層。300h時接頭室溫剪切強度降低為最小值147.8MPa。與未進行高溫試驗的接頭剪切強度相比(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)受長時間氧化腐蝕后形成了孔洞結(jié)構(gòu),剪切試驗中裂紋容易在該區(qū)域形成并擴展到接頭內(nèi)部,導致了接頭剪切強度的迅速降低。1100°C/15min釬焊條件下獲得的典型接頭的形成過程可以細劃為六個階段。不同釬焊工藝下獲得的接頭具有相似的形成過程,但之間也有一些不同。利用菲克第一和第二擴散定律,結(jié)合Ni元素在擴散區(qū)中的擴散行為,對擴散區(qū)的生長進行動力學分析,獲得了擴散區(qū)生長動力學方程。
【關(guān)鍵詞】：高鈮TiAl合金 釬焊 微觀組織 連接性能 高溫性能
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 試驗材料和方法19-25
• 2.1 試驗材料19-20
• 2.1.1 試驗母材19
• 2.1.2 釬料選擇19-20
• 2.2 試驗設(shè)備20-21
• 2.3 試驗方法21-23
• 2.3.1 釬料制備21-22
• 2.3.2 釬焊過程22-23
• 2.3.3 高溫耐久性試驗23
• 2.4 釬焊接頭組織分析23
• 2.5 釬焊接頭性能測試和斷口分析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 釬焊溫度對界面微觀組織和力學性能的影響26-32
• 3.2.2 保溫時間對界面微觀組織和力學性能的影響32-39
• 3.3 本章小結(jié)39-41
• 第4章 接頭高溫耐久性試驗研究41-55
• 4.1 耐久性試驗對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 耐久性試驗對接頭性能的影響51-53
• 4.3 本章小結(jié)53-55
• 第5章 界面擴散區(qū)生長動力學分析55-64
• 5.1 高鈮TiAl合金釬焊接頭的形成過程55-58
• 5.2 擴散區(qū)生長行為研究58-63
• 5.2.1 動力學模型建立58-61
• 5.2.2 動力學參數(shù)計算61-63
• 5.3 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及其他成果71-73
• 致謝73

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙麗利;林均品;王艷麗;葉豐;陳國良;;Ti50Al和Ti45A18Nb合金高溫初期氧化行為[J];金屬學報;2008年05期

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

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本文編號：1090466