Ti2AlNb与TC4合金真空钎焊接头界面组织与力学性能

摘要

Ti2AlNb合金因具有较高的比强度、比刚度、断裂韧性以及较好的抗氧化性获得了广泛的关注，在航空航天领域有广阔的应用前景。具有 α+β 双相结构的TC4合金室温与高温抗拉强度高、抗蚀性能好、高温抗氧化与抗蠕变性能好。实现二者的连接对航空航天领域零部件的制造生产过程有很大意义，可以制造出重量轻、符合实际使用要求的零部件。本课题旨在实现 Ti2AlNb 与 TC4 合金之间的钎焊连接，采用Ti-Zr-Cu-Ni与Ti-Zr-Cu-Ni+Mo两种钎料合金对二者进行连接，研究了不同工艺参数、Mo含量对接头组织与力学性能的影响，通过合理控制钎焊参数使得界面组织得到优化、接头力学性能得到提高。 采用 37.5Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni (wt.%)钎料合金在不同钎焊工艺参数下对Ti2AlNb与TC4合金进行钎焊连接。采用SEM、XRD、EDS等多种表征手段对接头界面组织进行表征，接头主要由靠近两侧母材的扩散层与钎缝中间层构成，中间层由基体相与块状结构构成。从 TC4 至 Ti2AlNb 侧接头典型界面组织结构为TC4/α-Ti+(α-Ti+(Ti,Zr)2(Cu,Ni))/(Ti,Zr)2(Cu,Ni)+α-Ti+β-Ti/富Ti相/Ti2AlNb，钎缝中间层的基体相为(Ti,Zr)2(Cu,Ni)相，块状结构由(Ti,Zr)2(Cu,Ni)+α-Ti的共析组织与残留β-Ti组成，基体相(Ti,Zr)2(Cu,Ni)区域硬度值最高。980℃/10 min下，钎焊接头的室温抗剪强度最高，可达351 MPa，主要沿基体相(Ti,Zr)2(Cu,Ni)断裂，且断裂模式属于典型的脆性断裂。最优钎焊参数下所得接头在 500℃ 与 600℃下平均抗剪强度分别达307、272 MPa。 为改善接头组织、提高接头性能，采用不同Mo含量的Ti-Zr-Cu-Ni+Mo复合钎料钎焊Ti2AlNb与TC4合金，研究了Mo含量对界面组织以及相应力学性能的影响。结果表明，Mo的加入一方面增加了形核率，使得界面中块状结构增多，接头中脆性基体相(Ti,Zr)2(Cu,Ni)减少；另一方面，Mo元素属于β-Ti稳定元素，使得接头中残留的 β-Ti 增多。Mo 含量为 8 wt.%时，接头的强度值最高，可达437 MPa，相比于不添加Mo的接头，强度提高了近24%。Ti2AlNb/Ti-Zr-Cu-Ni+8 wt.%Mo/TC4接头在500℃与600℃下的平均抗剪强度为395 MPa与393 MPa，分别达到接头室温抗剪强度的90%与89%。

目录

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摘 要

目 录

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 Ti2AlNb合金简介

1.3 TC4合金简介

1.4 Ti2AlNb合金与钛合金连接现状

1.5 Ti3Al基合金的真空钎焊连接

1.6 TC4合金的真空钎焊连接

1.7 颗粒的加入对钎焊过程的影响

1.8 本文研究内容

第二章 试验材料及方法

2.1 试验材料及制备

2.2 试验设备及工艺参数

2.3 界面微观组织分析及接头力学性能测试

第三章 Ti-Zr-Cu-Ni钎料真空钎焊Ti2AlNb与TC4合金接头组织与性能

3.1 引言

3.2 Ti2AlNb/Ti-Zr-Cu-Ni/TC4接头典型界面组织分析

3.3 Ti2AlNb/Ti-Zr-Cu-Ni/TC4界面形成机制

3.4 工艺参数对Ti2AlNb/Ti-Zr-Cu-Ni/TC4接头界面组织的影响

3.5工艺参数对Ti2AlNb/Ti-Zr-Cu-Ni/TC4接头力学性能的影响

(b)960 C/10 min；(c)980 C/10 min；(d)1000 C/10 min；(e)980 C/5 min；(f)980 C/20 min

(b)980 C/10 min；(c)1000 C/10 min；(d)980 C/20 min

因Ti2AlNb与TC4合金均属于高温合金，用它们制作的零部件多在高温环境下服役，因此检测所得钎焊接头在高温下的力学性能具有实际意义。选取最优工艺参数（980 C/10 min）下的钎焊接头，分别在500 C、600 C下对接头进行抗剪强度测试，结果如图3-13所示。接头在500 C、600 C下的平均抗剪强度分别达到307、272 MPa，为母材强度的87%与77%。由此可以看出，500 C下接

图3-13 测试温度对TC4/Ti-Zr-Cu-Ni/Ti2AlNb接头抗剪强度的影响

(a, c)500 C；(b, d)600 C

3.6本章小结

第四章 Ti-Zr-Cu-Ni + Mo钎料真空钎焊Ti2AlNb与TC4合金接头组织与性能

4.1 引言

4.2 Ti2AlNb/Ti-Zr-Cu-Ni + Mo/TC4接头典型界面组织分析

4.3 Mo含量对接头界面组织、力学性能的影响

4.4 本章小结

结 论

本文采用Ti-Zr-Cu-Ni与Ti-Zr-Cu-Ni+Mo的复合钎料对Ti2AlNb与TC4合金进行钎焊连接，对接头界面组织与力学性能进行了表征，分析了典型界面组织的形成机理，研究了钎焊参数、Mo含量对接头界面组织与力学性能的影响，得出结论如下：

393 MPa，分别达到接头室温平均抗剪强度的90%与89%。

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢