TiAl合金与Ti合金的扩散连接与高温力学性能研究

摘要

γ-TiAl基合金具有较低的密度和良好的高温性能，是一种极具应用前景的高温结构材料，对γ-TiAl基合金间以及与其它金属的连接性能的研究，对促进该合金的实用化以及发挥该合金的性能优势具有十分重要的意义。本文采用一种新的扩散连接方法（简称LMS），对γ-TiAl基合金与Ti-6Al-4V合金连接性能进行了研究，该方法是在γ-TiAl基合金与Ti-6Al-4V合金拟连接表面进行激光快凝处理，得到细晶组织，从而实现了这两种合金在900 ℃/80MPa/2h的条件下高质量连接，其连接件的抗弯强度达到了TiAl基底材料的92.9％，在充分了解连接件的界面组织和扩散连接机理的基础上，着重研究了该连接件的高温力学性能，特别是其蠕变性能，对连接层组织对连接件的高温强度、蠕变抗力以及断裂机理等进行了系统研究，并将其结果与未经激光处理连接面的γ-TiAl与Ti-6Al-4V合金的扩散连接（简称NLMS）进行了对比。研究结果表明，LMS 试件与NLMS试件在400℃和600℃拉伸断裂强度均低于TiAl合金基体的在相应温度下的强度。在400℃时，LMS连接件的强度高于NLMS连接件，但在600℃时，两者的高温强度差别不大。
　　 LMS连接件与NLMS连接件在400℃和600℃条件下的断裂主要发生在连接界面附近，其断裂模式强烈取决于变形温度，在600℃条件下的连接件的变形机制主要为晶界滑移机制，LMS连接件在600℃条件下表现出来的比NLMS连接件更高的高温强度，可以归结为该连接件在相同连接工艺条件获得的良好的冶金结合。
　　 在500-600℃温度范围内连接件的蠕变变形主要集中在Ti合金基体中，蠕变过程受位错攀机制控制，而且LMS连接件的抗蠕变能力要高于NLMS连接件，但略低于Ti合金基体的蠕变强度，两种连接件的蠕变断裂主要发生在界面上或界面附近，连接界面在蠕变过程中是蠕变强度最弱的地方，界面的强度和断裂机理决定了连接件的蠕变寿命。因此，LMS扩散连接方法是一种很有效固态连接方法。