【摘 要】
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为充分发挥轻量化结构的突出优势,促进蜂窝夹层结构在高超声速飞行器的应用,本文针对当前应用的金属基蜂窝结构存在的不足,提出以高铌TiAl合金（TAN）作为面板,GH3536合金作为芯体进行制备异质蜂窝夹层结构,对异质蜂窝结构的钎焊连接工艺及机理展开研究。研究接头界面组织结构演变规律,建立界面组织与力学性能的联系,阐明钎焊连接机理,合理调整钎焊工艺对接头成形、钎缝厚度及芯体溶蚀程度进行调控,通过力学性
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为充分发挥轻量化结构的突出优势,促进蜂窝夹层结构在高超声速飞行器的应用,本文针对当前应用的金属基蜂窝结构存在的不足,提出以高铌TiAl合金（TAN）作为面板,GH3536合金作为芯体进行制备异质蜂窝夹层结构,对异质蜂窝结构的钎焊连接工艺及机理展开研究。研究接头界面组织结构演变规律,建立界面组织与力学性能的联系,阐明钎焊连接机理,合理调整钎焊工艺对接头成形、钎缝厚度及芯体溶蚀程度进行调控,通过力学性能测试和有限元仿真对蜂窝接头力学性能做出评价。制备TAN/GH3536异质蜂窝结构需要严格控制超薄壁蜂窝芯母材在钎焊过程中向液态钎料的溶解程度和非晶态BNi-2钎料中B、Si低熔点元素向芯体合金的扩散。搭接试验得到接头典型界面组织结构为:TAN/B2+τ3/τ4+（Ni-Ti）-B/γ+（Ni-Ti）-B+Cr B+G phase/GH3536;升高钎焊温度或延长保温时间,τ3/τ4化合物层及钎缝区域均逐渐增厚,黑色相Cr B粗化,点状（Ni,Ti）-B数量减少。焊后降温阶段时,减缓降温速率为2°C/min可有效消除钎缝处产生的结晶裂纹。接头主要断裂于τ3/τ4化合物层,断裂方式均为脆性断裂。TAN/BNi-2/GH3536异质蜂窝接头为丁字形接头,靠近母材区域及钎角处容易富集大量硼化物。蜂窝芯产生溶蚀现象的根本原因是芯体向液态钎料中发生过度溶解及B元素向芯体侧扩散导致大量硼化物析出。升高钎焊温度或延长保温时间对蜂窝芯体溶蚀影响显著,蜂窝芯易出现熔断;增大钎料厚度对于蜂窝芯体溶蚀影响较小。选取最佳工艺参数（1080°C/5 min/100μm）时,蜂窝芯壁溶蚀程度小且接头成形良好,蜂窝接头抗拉强度达到最大值22.4 MPa,其极限伸长率为30.7%。TAN/GH3536异质蜂窝结构实验件钎焊连接良好,X射线检测显示其钎着率为～98%,其室温抗压强度为～19 MPa,高温（850℃）抗压强度为8.8 MPa。平压变形过程分为阶段I（弹性+塑性变形）和阶段II（蜂窝芯压溃+压实）。在平压变形过程的模拟中,阶段I的应力主要集中在蜂窝芯与面板结合处,蜂窝芯壁开始发生屈曲变形;在阶段II时蜂窝芯失稳变形,蜂窝板的承载能力急剧下降,应力集中向面板与芯体结合处扩展,而后蜂窝芯逐渐被折叠压实。
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