TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢超塑性扩散连接工艺研究

摘要

钛合金具有很多优良性能，是航空、航天等行业最为广泛应用的材料之一，但其储量有限、价格昂贵，限制了进一步的推广应用。因此，研究钛合金与不锈钢异种金属的连接，对于合理、充分、高效地利用钛合金材料，节约有限的钛合金资源具有重要意义，同时为了综合发挥两种合金各自优良的性能，提高相关产品的适用性开辟了一条新的途径。 本文通过调整主要工艺参数(温度、压力、时间)进行了多次扩散连接试验，并对接头断口微观组织进行了详细地观察和分析，得出各主要工艺参数对连接质量的影响规律，确定最佳连接工艺参数；采用SEM、XRD等仪器深入观察分析了接头微区各元素的扩散情况，以及界面处形成的微观组织的种类、分布及其对连接性能的影响，对TC4钛合金与1Crl8Ni9Ti不锈钢的超塑性扩散连接进行了较为深入系统的研究。 试验结果表明，TC4钛合金与lCr18Ni9Ti不锈钢超塑性扩散连接的最佳连接工艺参数规范为T=760～790℃，p=3～5Mpa，t=20～30min，hNi=30μm，在此工艺条件下，接头的剪切强度可达τ=131.1MPa。采用镍箔作中间过渡层，有效地防止了铁与钛、碳间的相互扩散和迁移，避免界面上更多的脆性金属间化合物产生，从而提高了接头性能，在镍与钛合金连接界面处形成了Ni<,3>Ti、NiTi、NiTi<,2>等新相。 采用超声水浸C扫描成像检测系统，检测出了连接界面的接合率状况，与实际测出的界面缺陷分布情况具有较好的一致性。在本试验最佳连接温度条件下，TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢超塑性扩散连接接头接合率可达94﹪以上。 根据Fick第二定律，建立了TC4/lCr18Ni9Ti扩散连接界面附近元素的浓度场方程，运用matlab软件对TC4/lCr18Ni9Ti扩散连接界面附近的浓度场进行了数值模拟。在扩散连接浓度场的模拟结果与试验测定结果吻合的基础上，探讨了元素扩散与扩散时间的关系，对扩散时间的选择具有指导意义。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学学位论文知识产权声明书及原创性声明

第1章绪论

1.1选题背景与意义

1.2扩散连接技术概要

1.2.1扩散连接的过程

1.2.2扩散的基本规律

1.2.3 Kerkendal效应

1.2.4材料界面的吸附和活化

1.2.5扩散与组织缺陷的关系

1.2.6扩散连接过程中的化学反应

1.2.7影响扩散连接接头质量的主要因素

1.2.8扩散连接的分类及特点

1.3钛合金与钢的焊接性分析及连接技术发展现状

1.3.1钛合金与钢的焊接性分析

1.3.2钛合金与钢连接技术的发展状况

1.4扩散过程的计算机模拟

1.4.1扩散方程及其解

1.4.2扩散系数的影响因素及计算

1.5本文研究内容

第2章实验方案

2.1实验材料

2.2实验设备

2.3实验过程

2.3.1试件表面清理

2.3.2连接过程

2.4连接接头的性能测试

2.5接头区显微组织观察

2.5.1光学金相显微观察

2.5.2扩散界面的线扫描

2.5.3接头断口分析

2.5.4 XRD分析

第3章钛合金和不锈钢的超塑性扩散连接

3.1前言

3.2工艺参数对接头性能的影响

3.2.1连接温度对接头性能的影响

3.2.2连接压力对接头性能的影响

3.2.3连接时间对接头性能的影响

3.3接头连接界面观察分析

3.4超塑性扩散连接接头接合率的检测与分析

3.5本章小结

第4章扩散连接界面元素浓度场的数值分析

4.1前言

4.2浓度场方程的建立

4.3方程有关参数的确定

4.4连接时间对元素扩散的影响

4.5本章小结

第5章结论

参考文献

发表论文

致谢