钛与钢相变超塑性扩散连接的研究

论文摘要

钛金属在金属结构材料中仅次于铁、铝、镁,居第4位,被誉为发展中的第3金属材料。钛及其合金由于具有强度高、密度小、耐腐蚀、无磁、焊接性能好等一系列特点,一直受到世界各国的重视,发展迅速。近年来,钛在石油、化工、汽车、生物医学和文体用品等领域开始得到应用,并已成为新工艺、新技术、新设备不可缺少的金属材料。对于异种材料的连接,采用传统的熔焊方法很难实现可靠的连接,扩散连接作为固相连接方法之一,具有工艺简单、可操作性强、可连接大断面接头、零件变形小;连接接头质量好等优点。本文通过对TC4钛合金与Custom465不锈钢,TC4钛合金与25钢进行了相变超塑性扩散连接的可行性研究,利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等方法对接头界面组织结构、物相组成等进行了较为系统的分析,研究钛合金与钢中元素扩散和金属间化合物形成的规律,在拉伸断裂机理分析的基础上,对钛合金与钢异种材料扩散连接的方式进行了对比分析。结果表明,通过对钛与不锈钢直接扩散连接接头研究发现,钛与不锈钢之间形成扩散层,Fe在钛合金侧发生了明显的扩散,界面相主要由FeC3、TiC、α-Fe、FeCr,β-Ti、FeTiO3等组成;对TC4/Ni/Custom465接头的研究表明,钛合金与镍中间层发生了强烈的互扩散,形成了明显的白亮扩散层,镍中间层两侧的Fe、Ti等元素的扩散没有穿透镍中间层,镍中间层的存在对两侧的Fe与Ti元素之间的互扩散起到了极为有效的阻隔作用。对比直接扩散连接接头,加入镍中间层后的接头焊合率有显著的提高,接头拉伸强度可达到348.45MPa。因此,合理的中间层对异种材料扩散连接接头有着重要的作用。对加Ni中间层的钛合金与25钢扩散连接接头扫描电镜分析发现,接头界面处形成了多层次的层状组织,结合接头能谱分析及X射线衍射分析表明在界面上存在NiTi2、NiTi、Ni3Ti、FeNi3、FeNi等多种金属间化合物;断口分析表明,在TC4钛合金侧有裂纹存在,断口为混合型,局部区域存在解理面和韧窝状的凹坑;对在高压力条件下无Ni中间层的钛合金与25钢扩散连接接头扫描电镜观察、能谱分析、X射线衍射分析,表明界面存在清晰的分界层,主要由α-Ti、Ni3Ti、Al3Ti、FeTiO3等物相组成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 扩散连接技术概述
• 1.3 钛与钢扩散连接的研究现状及存在的问题
• 1.4 本文研究的内容
• 1.5 技术方案及路线
• 2 试验材料与试验过程
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验的设备
• 2.3 扩散连接工艺的制定
• 2.4 试验过程
• 2.5 接头组织与力学性能分析试验
• 3 钛与不锈钢扩散连接的研究
• 3.1 钛与不锈钢直接相变超塑性扩散连接的研究
• 3.2 加NI 中间层钛与不锈钢的相变超塑性扩散连接
• 3.3 两种扩散连接方式的对比
• 3.4 本章小结
• 4 钛与低碳钢扩散连接的研究
• 4.1 加NI 中间层钛与25 钢的相变超塑性扩散连接
• 4.2 高压条件下钛与25 钢直接相变超塑性扩散连接
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文