置氫TC4與GH3128低溫擴散連接工藝及機理研究.pdf

1、目前國內(nèi)外對于置氫鈦合金的研究主要集中在塑性加工方面,而對于置氫鈦合金的連接的研究較少,尤其是低溫連接。文中采用直接連接和加不同中間層的方式對置氫TC4和GH3128進行了低溫擴散連接,研究了置氫量和工藝參數(shù)對接頭組織和性能的影響,并優(yōu)化了低溫連接工藝參數(shù);分析了接頭斷裂位置;對低溫擴散連接過程中氫的作用機理進行了討論。
　　通過低溫直接擴散連接,得到了接頭界面結(jié)構(gòu)：TC4(α+β)/Ti2Ni/TiNi/TiNi+(Ni,Cr)

2、ss/(Ni,Cr)ss/GH3128。置氫量和工藝參數(shù)僅對接頭反應(yīng)層厚度和強度有影響。相同工藝參數(shù)下,隨著置氫量增加,TiNi層厚度增加而Ti2Ni層厚度略有降低。隨著工藝規(guī)范的提高,接頭各反應(yīng)層的厚度均增加。隨著置氫量和工藝規(guī)范的提高,接頭抗剪強度均先增后減。最大抗剪強度為80MPa,在置氫0.3wt.％、T=680℃/t=60min/P=15MPa時取得。所有接頭均斷裂在Ti2Ni和TiNi層,且主要在Ti2Ni層。
　　為

3、了避免脆性層及緩解應(yīng)力,提高接頭強度,加入中間層進行連接。采用V、Cu作為中間層,由于低溫下元素擴散極不充分或者界面上脆性反應(yīng)層的影響,接頭未能得到良好連接。Nb作中間層時接頭形成界面組織：TC4(α+β)/Ti(s,s)/Nb中間層/Ni3Nb/(Ni,Nb)ss/GH3128。接頭強度較低,斷裂在Ni3Nb與(Ni,Nb)ss層。為解決GH3128側(cè)的大片未愈合孔洞以及Ni3Nb層薄而不連續(xù)的問題,采用Nb/Ni復(fù)合中間層并利用階梯

4、狀的兩次連接工藝,最后實現(xiàn)了高強度的連接。形成如下界面組織:TC4(α+β)/Ti(s,s)/Nb中間層/Ni3Nb/Ni中間層/GH3128。隨著置氫量以及連接參數(shù)的升高,TC4側(cè)的Ti(s,s)層厚度增加,Ni3Nb/Ni層中一次連接的孔隙經(jīng)二次連接完全消失;接頭的抗剪強度隨著置氫量增加而提高,隨連接參數(shù)的提高先增加而后基本不變,在750℃/150min/15MPa、置氫0.3wt.%時取得最大強度299MPa;隨著連接參數(shù)的提高,

5、接頭斷裂位置發(fā)生明顯變化:全斷裂在Ti(s,s)層;部分?jǐn)嗔言赥i(s,s)層,部分?jǐn)嗔言贜i3Nb層與Ni中間層;全部斷裂于Ni3Nb層與Ni中間層。
　　通過界面元素動力學(xué)計算以及置氫TC4的差熱分析,探討了置氫在低溫擴散連接的三個階段中的作用機理,依次為:置氫TC4母材中的各種相轉(zhuǎn)變增強了連接界面的塑性變形,放氫反應(yīng)減弱了連接界面的氧化,并促使表面凈化;持續(xù)發(fā)生的放氫反應(yīng),促使連接表面活化,為下一步原子的擴散做好準(zhǔn)備;固溶的