置氫TC4鈦合金與GH3128高溫合金擴(kuò)散連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、置氫鈦合金在熱加工，變質(zhì)加工領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，國內(nèi)外學(xué)者在這些方面進(jìn)行了大量的研究。近年來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)置氫鈦合金在連接領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢，但目前該方向的研究較少。本文針對置氫鈦合金連接領(lǐng)域的研究需要，對置氫鈦合金與高溫合金擴(kuò)散連接工藝及機(jī)理進(jìn)行了研究。本文采用直接擴(kuò)散連接和添加Ni箔、Nb箔和Ni+Nb箔間接擴(kuò)散連接，實(shí)現(xiàn)了置氫TC4鈦合金與GH3128鎳基高溫合金的連接，研究了擴(kuò)散連接工藝參數(shù)和置氫量對接頭界面組織的影響規(guī)律；分析了擴(kuò)

2、散連接工藝參數(shù)對接頭力學(xué)性能影響，確定了接頭的斷裂方式。并對氫促元素擴(kuò)散的機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　采用直接擴(kuò)散連接時，接頭的典型界面結(jié)構(gòu)為：置氫TC4鈦合金/α+β相/Ti2Ni/TiNi/Ni(s,s)+TiNi/Ni(s,s)/GH3128鎳基高溫合金。置氫量對接頭界面組織沒有影響，但對擴(kuò)散反應(yīng)層厚度有明顯影響，隨著氫含量的升高，反應(yīng)層厚度增加。接頭的抗剪強(qiáng)度隨著工藝參數(shù)的提高均先增大后穩(wěn)定，在 T=900℃/t=10min/P

3、=5MPa時，達(dá)到最大值55MPa。接頭斷裂發(fā)生在Ti2Ni擴(kuò)散反應(yīng)層。
　　采用純Ni箔連接時，接頭抗剪強(qiáng)度提高到91.5MPa，但Ti2Ni層依然是接頭的薄弱區(qū)域。采用Nb箔時改善了鈦合金側(cè)的脆性，接頭的典型界面結(jié)構(gòu)為：置氫TC4鈦合金/(Ti,Nb)/Nb/(Nb,Ni)/Ni3Nb/Ni(s,s)/GH3128鎳基高溫合金。隨著連接規(guī)范提高，接頭中擴(kuò)散反應(yīng)層厚度逐漸增加，柯肯達(dá)爾孔洞減少，在保溫時間較長時生成了Ni6Nb7

4、相。當(dāng)T=860℃/t=100min/P=10MPa時，接頭的抗剪強(qiáng)度最高，達(dá)到245MPa。接頭主要斷裂于固溶體層。采用Ni+Nb復(fù)合中間層時消除了接頭兩側(cè)的薄弱區(qū)域，接頭中只有一層金屬間化合物層。隨著連接規(guī)范的提高，反應(yīng)層厚度逐漸增加。當(dāng)T=860℃/t=80min/P=10MPa時，接頭的抗剪強(qiáng)度最高，達(dá)到271MPa。
　　采用熱分析及透射電鏡研究了置氫TC4鈦合金的等溫放氫特性和放氫后組織，當(dāng)設(shè)定加熱速度為25℃/min

5、時，置氫 TC4鈦合金中的氫化物分解發(fā)生在加熱后25min~35min之間，在750℃時脫氫速率達(dá)到最大值。等溫放氫后，置氫TC4的基體組織不存在氫化物。
　　氫促進(jìn)元素擴(kuò)散原因是Ni和Nb的擴(kuò)散系數(shù)和激活能與空位形成能和空位遷移能有關(guān)；低溫時當(dāng)氫在鈦合金中以間隙固溶體存在時，引起弱鍵效應(yīng)，使溶質(zhì)原子擴(kuò)散的空位形成能降低，擴(kuò)散系數(shù)提高；在較高溫度時當(dāng)氫以原子形式向鈦合金外擴(kuò)散時，引起了點(diǎn)陣畸變，使溶質(zhì)原子擴(kuò)散的空位遷移能下降，導(dǎo)致