TiAl与Ti2AlNb钎焊工艺及机理研究

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由于高熵合金具有高熵效应及迟滞扩散效应,可以降低元素扩散速度,有效阻碍元素扩散。因此,为了防止Ti Al/Ti2Al Nb合金钎焊接头在高温服役时因温度升高导致元素扩散加剧,接头内脆性相增加,降低接头机械性能,本实验设计并制备了两种等原子比高熵合金钎料箔片对Ti Al/Ti2Al Nb合金进行了钎焊连接。并分别探究了使用两种高熵钎料钎焊所得的焊接接头区域的界面组织形貌、相分布与元素分布,同时探究了焊接温度与保温时间对焊接接头的界面组织、元素扩散及机械性能的影响,分别给出了两种钎料的最佳工艺参数。钎料的设计及制备流程如下。首先,对选用的等原子比Ti Zr Hf Co Ni Cu及等原子比Ti Zr Hf Ni Cu多组元体系进行高熵性判据计算,确认所选的两组多组元合金均为高熵合金。然后,使用真空电弧熔炼炉及吸铸系统熔炼制备具有特定形状的钎料铸锭。为避免钎料在冷却过程因冷速过慢而产生枝晶偏析,将吸铸系统铜模内腔设计为细棒状,以提高冷速。经分析所得棒状铸件尖端处各元素分布均匀,符合制备钎料箔片的标准。最后使用线切割机将铸件尖端制成厚度约为200μm的钎料箔片。使用等原子比Ti Zr Hf Co Ni Cu钎料箔片对Ti Al/Ti2Al Nb合金进行钎焊连接,获得的焊接接头结构为:Ti2Al Nb/Ti0.5Al0.12Nb0.38/α2+Ti0.5Al0.12Nb0.38+τ4+Ni2Al Zr+α/α2+γ-Ti Al/γ-Ti Al。Ti Al侧扩散层的显微硬度及模量均与相邻区域差距较大,受到应力时容易产生应力集中,是接头的薄弱环节。焊缝区中的Zr、Hf、Co、Ni、Cu元素有效的延缓了Al、Nb元素扩散进入焊缝的速度。焊缝内深色相的含量与Nb元素扩散量正相关。分别探究焊接温度与保温时间对焊接接头组织机构性能的影响,在1100℃/15min工艺条件下,焊接接头的室温及高温(650℃)抗剪强度均达到峰值,分别为157MPa与123MPa。为提高焊接接头机械性能,降低了钎料中Co、Ni、Cu元素含量,使用等原子比Ti Zr Hf Ni Cu钎料箔片对Ti Al/Ti2Al Nb合金进行钎焊连接,焊接接头内界面组织结构与使用等原子比Ti Zr Hf Co Ni Cu钎料箔片的焊接接头相同。焊缝区中的Zr、Hf、Ni、Cu元素有效的延缓了Al、Nb元素扩散进入焊缝的速度。焊缝内深色相的含量与Nb元素扩散量正相关。分别探究焊接温度与保温时间对焊接接头组织机构性能的影响,其常温抗剪强度提升较大,高温(650℃)抗剪强度变化不大。在1100℃/15min工艺条件下,焊接接头的室温及高温抗剪强度均达到峰值,分别为182MPa与129MPa。对比使用Ti-Ni钎料,分别提高了7.06%与46.6%。
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