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脉冲加压扩散连接工艺参数对钛合金与不锈钢接头强度的影响_论文


第 26 卷  第 4 期 2006 年 8 月     航          空 材 料 学 报 JOURNAL OF AERONAUTI CAL MATER I ALS Vol 26, No. 4 . August 2006 脉冲加压扩散 连接工艺参数对钛合金与不锈钢 接头强度的影响 袁新建 , 盛光敏 , 秦   , 周   , 黄家伟 , 斌 波 1 2 黄文展 , 李   , 邱绍宇 2 聪 ( 1. 重庆大学 材料科学与工程学院 , 重庆 400044; 2. 核燃料及材料国家重点实验室 , 成都 610041) 1 1,2 1 1 1 摘要 : 采用脉冲加压扩散连接工 艺对 TA17 钛合金与 0Cr18Ni9Ti不锈钢进行了连接试验 。利用液 压万能试 验机测 试了接头拉伸强度 ,分析了脉冲加 压扩 散连 接工艺参数对接头强 度的影响 。结 果表明 : 当连接温 度为 1098K、 脉冲 最小压力 P mi n = 8MPa、 脉冲最大压力 Pm ax = 50M Pa、 脉冲次数为 20 次 、 冲频率为 0. 5Hz时 ,加 热速度 vh = 30K/ s, 脉 冷却温度 vc = 5K/ s,得到最高的接头拉伸强度为 293M Pa,连接所 用的有 效时间 仅为 220 s,实现 了钛合 金与不 锈钢 的高效良好连接 。利用 X射线衍射 ( XRD )及扫描 电镜 ( SE )分析 了接头 组成相 及断口 形貌 , 接头界 面主要 存在 M β2 、 2 Ti, FeTi,拉伸试验中 β2 钛 Fe 钛的固溶体承担了主要的拉伸力 。 关键词 : 脉冲加压 ; 扩散连接 ; 钛 合金 ; 不锈钢 ; 接头强度 中图分类号 : TG453. 9           文献标识码 : A          文章编号 : 10052 5053 ( 2006 ) 04 2 00512 05    钛及钛合金比强度高、 耐蚀性能好 ;而不锈钢价 格较低 ,是工业上较常用的一种材料 。钛及钛合金 与不锈钢的复合构件 ,能充分发挥两者在性能上与 经济上的优 势互补 。因此 ,在 航天航空 、 国防及 化学工业等部门也有着广阔的应用前景 ,开展其连 接新工艺的研究 ,具有非常重要的意义 。但是 ,由于 二者之间的物理、 化学性能的显著差异 ,特别是它们 之间的热膨胀系数不同 ,将会直接导致接头中产生 残余应力 [ 2 ] ,且极易生成脆性的 Fe2C r2N i2Ti系金属 间化合物 ,这将弱化连接性能 [ 3 ] 。脉冲加压扩散连 接技术是由乌克兰巴顿焊接技术研究所科研人员开 发出的一种新型的扩散连接方法 ; 打破了扩散连接 的一般概念 ,扩大扩散连接的应用前景 ,是一种具有 非常高的理论研究和实际应用价值的连接方法 [4] [1] 本试验采用的焊接材料为 TA17近 α型钛合金 与 0Cr18N i9Ti奥氏体 不锈钢棒材 。将被焊材料加 工成 < 12mm × 30mm 的 圆 柱试 样 , 将待 焊试 样用 120 →280 →400 →600 →800 →1000 水砂纸依次 打磨 ,将磨好的试样用 0. 5um 的 A l2 O3 的抛光粉进 行机械抛光 。焊前采用酸洗的方法去除其表面氧化 膜 ,酸洗剂及酸洗规范列于表 1 面 ,以除去表面的油脂 。 表 1  酸洗剂及酸洗规范 Table 1  Mordant and p ickling code Ma terial TA17 Mordant 80% HNO3 , 20% HF 15% H2 S 4 , 15% HC l, O 0Cr18N i9Ti 5% HNO3 , 65% H2 O Pickling code Room 2temperature 10 s [5] # # # # # # ;并用丙酮清洗表 。 本文作者把脉冲加压扩散连接技术引入到钛合金与 不锈钢的连接中 ,对连接接头进行了分析研究 ,找到 了合适的工艺参数 ,为实际应用提供了依据 。 100 ℃ 30 s 1  试验材料及方法 1. 1  试验材料及试样加工 收稿日期 : 2005 2 2 修订日期 : 2006 2 2 04 04; 03 03 基金项目 : 核燃料及 材料 国家 重点实 验室及 重庆市 应用 基 础研究资助项目 ( 79 42 ) 作者简 介 : 袁 新建 ( 198 0 —) , 男 , 硕 士 研究 生 , ( E2 ail ) : m c qu _y@ sin a. com 1. 2  扩散连接设备 扩散连接试验在 Gleeble21500D 型热 /力模拟试 验机上进行 , 真空度为 5 × 10 - 2 Pa, 试验机为电阻加 热方式 ,连接温度用 N i2C r, N i2 l热电偶测量 ,热电 A 偶焊在距界面 1mm 不锈钢侧 。脉冲加压扩 散连接 工艺如图 1 所示 。利用 W E260 K 液压万能试验机 N 测试接头性能 ,利用 SE 及 XRD 观察、 M 分析接头断 口。 52 航          空 材 料 学 报 第 26卷 连接时温度影响被连接材料的屈服强度及原子的扩 散能力 ,从而影响接头的焊合率和接头中成分 、 组织 的均匀性 ,在整个扩散过程中均起重要作用 。连 接温度较低时 ,被连接材料塑性变形能力差 ,有效接 触面积小 ,焊合率低 ,拉伸强度不高 ; 连接温度过高 时 ,不仅会使接头的组织粗化 ,而且过大的变形也会 产生一定的内应力 ,弱化连接性能 。 当脉冲 最小压 力 Pm in = 8M Pa, 脉冲 最大 压力 Pm ax = 50M Pa, 脉 冲次 数 N = 50 次 , 脉 冲频 率 f = 图 1  脉冲加压扩散焊工艺参数 F ig. 1   Technique pa rame te rs for pulsating impac t diffusion

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