鈦合金-純鎳中間層-不銹鋼的相變超塑性擴散焊接研究.pdf

1、本文首先驗證了近α鈦合金TA17相變超塑性的存在，不僅定性地分析了鈦合金的相變超塑性的存在，而且對溫度循環(huán)時鈦合金的最大壓縮應變與恒溫恒壓時鈦合金的最大壓縮應變進行了比較，從兩者的差距中定量地得到了由于鈦合金的相變超塑性所引起的試樣應變的大小。 利用相變超塑性擴散焊接方法，在Gleeble-1500D型熱模擬試驗機上對TA17近α-Ti合金與0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼進行了加鎳中間層的焊接試驗，中間過渡金屬鎳以三種方式加入

2、：納米鎳粉、納米鍍鎳層及鎳箔。借助金相觀察、掃描電鏡觀察、能譜分析、X射線衍射等分析手段研究了在不同的焊接上限溫度下鈦合金與不銹鋼接頭的組織結構和斷口的物相組成，對比分析了不同的中間層添加方式對接頭的斷裂影響。通過以上各方面的工作，得到了以下的結果： 用納米鎳粉作中間層時，接頭強度達到了212MPa，斷裂發(fā)生在鎳粉中間層或鎳層與不銹鋼的界面上，納米鎳粉粒不致密，本身結合強度不高，Ni中間層與不銹鋼界面處形成的脆性σ相導致了接頭強

3、度的下降。 納米鍍鎳層作中間層時，接頭強度達到258MPa，鍍鎳層表面粗糙度較大，鍍鎳層表面有較多的孔隙，使得鍍鎳中間層與鈦合金的結合界面緊密接觸較困難。當焊接循環(huán)上限溫度為910℃、930℃時，斷裂主要發(fā)生在未焊合的鎳中間層及鈦合金與鎳中間層的界面處，在斷口的兩側均沒有發(fā)現Fe原子的存在，鎳中間層起到了很好的阻隔作用，避免了Ti-Fe系金屬間化合物的生成；當焊接循環(huán)上限溫度為950℃、970℃時，斷裂主要發(fā)生在β-Ti與Ti-

4、Fe、Ti-Ni系金屬間化合物界面附近，此位置是鈦合金與不銹鋼加鎳中間層時在較高上限溫度下焊接的薄弱環(huán)節(jié)。 鎳箔作中間層時，接頭強度達到292MPa。經分析發(fā)現，接頭處形成了γ-Fe、σ相、Ni、Ni3Ti、NiTi、NiTi2、β-Ti、α-Ti的層狀結構，避免了脆性Ti-Fe系金屬間化合物的形成。當焊接循環(huán)上限溫度較低時，由于不銹鋼的屈服強度較高，使不銹鋼和鎳箔中間層的緊密接觸較困難，兩者之間存在未焊合的部位，接頭主要斷裂于

5、鎳箔中間層和不銹鋼之間，僅有小面積的部分斷于鎳箔中間層和鈦合金之間，隨著上限溫度的升高，接頭斷裂于鎳箔中間層和不銹鋼之間的面積比例減少，斷于鎳箔中間層和鈦合金之間的面積比例增大，當上限溫度為930℃時，斷裂就完全發(fā)生在鎳箔中間層和鈦合金之間，此時在斷口的兩側發(fā)現有β-Ti的存在，使接頭的強度從215MPa升高至258MPa。 比較了納米鍍鎳層和鎳箔分別作中間層時的擴散激活能，計算結果顯示，納米鍍鎳層作中間層時，擴散激活能小于鎳箔