TiAl基合金高温钎料制备及钎焊工艺研究

论文摘要

本文针对航空发动机叶片的制造要求,使用机械合金化的方法制备Ti-Ni钎料,并对TiAl基合金进行了钎焊连接试验。分析了钎料成分及钎焊工艺对接头界面结构和力学性能的影响,确定较佳的钎料成分及其连接工艺规范参数。试验中发现:机械合金化Ti-Ni钎料,粉末颗粒度降低、均一,产生大量变形,晶粒细化及晶格发生畸变;合金化处理480min时,粉末发生团聚;原子间存在一定的扩散,无明显化合物生成。在1140℃/30min条件下,合金化120min的TiH2-50wt.%Ni-2wt.%Si钎料润湿效果及填缝能力出众,但钎角处存在严重的溶蚀现象。界面结构呈对称结构,为母材/Ti3Al+AlNiTi/AlNiTi/不完全反应区,及遍布整个界面的Ti5Si3相,AlNiTi相成长带状阻碍原子的扩散。合金化120min的TiH2-30wt.%Ni-0.2wt.%Si钎料在1100℃/30min时润湿优秀;填缝充分,钎角处没有明显的溶蚀行为。界面结构为母材/Ti3Al+AlNiTi+Ti5Si3/母材。焊后800℃热处理后,接头界面组织没有明显变化。Al元素可以改善Ti-50wt.%Ni基钎料的熔化润湿,但是生成大量的AlNiTi相;对Ti-30wt.%Ni基钎料Al元素将提高钎料的完全熔化温度。即母材向钎料的大量溶解是界面结构的最主要控制因素。Si元素可以改善钎料的熔化润湿,生成Ti5Si3,C元素生成TiC,第二相强化作用效果优于Ti5Si3,较多TiC将导致界面缺陷。使用Ti-50wt.%Ni基钎料,钎焊接头室温抗剪强度最高不到200MPa,断裂形式为典型脆性断裂;对于TiH2-30wt.%Ni-0.2wt.%Si钎料,在1100℃/30min规范下所获得的接头常温抗剪强度、高温（800℃）环境工作后室温抗剪强度和高温（800℃）抗剪强度,分别可以达到230MPa、215MPa和185MPa;接头断裂形式主要为准解理断裂。使用TiH2-30wt.%Ni-0.1wt.%C钎料,1140℃/30min条件下,接头的室温抗剪强度可以达到260MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 TiAl合金连接的研究现状
• 1.2.1 TiAl合金的固态扩散焊
• 1.2.2 TiAl合金的熔化焊
• 1.2.3 TiAl合金钎焊连接
• 1.3 机械合金化
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 试验材料、设备与方法
• 2.1 试验材料及试件加工
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试件加工
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 机械合金化
• 2.3.2 焊前准备
• 2.3.3 施焊
• 2.4 接头性能测试
• 2.5 接头显微组织观察和相组成分析
• 2.5.1 显微组织观察及硬度测试
• 2.5.2 断面微观分析
• 第3章 Ti-50Ni基钎料制备及钎焊接头界面组织分析
• 3.1 钎料制备工艺及性能分析
• 3.2 钎焊工艺及界面组织分析
• 2-50Ni-25i钎焊工艺及界面组织分析'>3.2.1 TiH₂-50Ni-25i钎焊工艺及界面组织分析
• 2-50Ni-0.5C钎焊工艺及界面组织分析'>3.2.2 TiH₂-50Ni-0.5C钎焊工艺及界面组织分析
• 3.3 小结
• 第4章 Ti-30Ni基钎料制备及钎焊接头界面组织分析
• 4.1 钎料制备工艺及性能分析
• 4.2 钎焊工艺及界面组织分析
• 4.2.1 典型接头界面组织结构分析
• 4.2.2 接头力学性能及断裂行为分析
• 4.2.3 Al元素对界面组织结构的影响
• 4.2.4 钎焊机理分析
• 4.3 小结
• 第5章 热处理对接头界面组织及力学性能的影响
• 5.1 高温热处理对界面组织的影响
• 5.2 接头的高温力学性能及断裂行为分析
• 5.3 模拟件的钎焊制造
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢