Ti-6Al-4V/QAl10-3-1.5异种材料扩散连接研究

论文摘要

扩散连接是压力焊重要方法之一,广泛应用于航空航天等国防领域,新材料和异种材料的连接始终是该领域研究的前沿和热点。研究开发钛合金和其他材料的连接是充分开发钛合金优良特性,推广钛合金应用的有效途径。但是在理化性能相差较大的钛合金与铜合金扩散连接研究上却遇到很大困难,尤其是多元精密摩擦付类套筒结构件（先进战机航空发动机恒速装置）至今尚未获得成功。本文深入系统地研究了Ti-6Al-4V/QAl10-3-1.5直接或填加金属中间层的扩散连接工艺参数优化、接头界面组织结构以及对接头力学性能的影响等;提出了钛合金与铜合金套筒结构件膨胀压差法扩散连接新工艺,采用有限元方法模拟了Ti-6Al-4V环/QAl10-3-1.5柱套筒结构件膨胀压差法扩散连接时接头界面的应力应变以及焊后残余应力的分布规律,为膨胀压差法的工艺拟定提供依据,并通过工艺试验实现了Ti-6Al-4V环/QAl10-3-1.5柱套筒结构件的扩散连接。

论文目录

• 第1章 绪 论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 钛合金/铜合金的焊接性分析
• 1.2.1 熔化焊（TIG 及MIG）
• 1.2.2 钎焊
• 1.2.3 爆炸焊
• 1.3 钛合金/铜合金扩散连接研究现状
• 1.4 扩散连接孔隙闭合过程模型的发展
• 1.4.1 Hamilton 模型
• 1.4.2 Garmong 模型
• 1.4.3 Derby 模型
• 1.4.4 Pilling 模型
• 1.4.5 Hill 模型
• 1.4.6 菱形柱面空洞及双凸透镜模型
• 1.5 膨胀压差法扩散连接的研究现状
• 1.5.1 弹性模量及线膨胀系数与温度关系数学模型的建立
• 1.5.2 力学模型的建立
• 1.6 扩散连接接头残余应力的模拟
• 1.6.1 残余应力的数值方法求解
• 1.6.2 残余应力的有限元模拟
• 1.6.3 减小残余应力的工艺措施
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第2章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试件的制备
• 2.3 试验设备
• 2.4 性能检测和微观分析
• 第3章 TI-6AL-4V/QAL10-3-1.5 直接扩散连接
• 3.1 引言
• 3.2 扩散连接工艺参数对接头强度的影响
• 3.2.1 连接温度对接头强度的影响
• 3.2.2 连接时间对接头强度的影响
• 3.3 扩散连接工艺参数对界面组织结构的影响
• 3.3.1 连接温度对界面组织结构的影响
• 3.3.2 连接时间对界面组织结构的影响
• 3.4 扩散连接工艺参数对接头断口形貌的影响
• 3.4.1 连接温度对断口形貌的影响
• 3.4.2 连接时间对断口形貌的影响
• 3.5 界面组织形态及反应产物
• 3.5.1 界面元素扩散及成分分析
• 3.5.2 界面反应产物
• 3.5.3 扩散连接接头显微硬度
• 3.6 界面反应层的形成和成长
• 3.7 本章小结
• 第4章 TI-6AL-4V/QAL10-3-1.5 填加金属中间层的扩散连接
• 4.1 引言
• 4.2 填加金属中间层扩散连接的提出
• 4.3 TI-6AL-4V/CU/QAL10-3-1.5 扩散连接工艺参数优化
• 4.3.1 连接温度对接头强度的影响
• 4.3.2 连接时间对接头强度的影响
• 4.3.3 扩散连接接头界面的元素扩散分析
• 4.3.4 界面反应层的形成和成长
• 4.4 TI-6AL-4V/NI/QAL10-3-1.5 扩散连接工艺参数优化
• 4.4.1 连接温度对接头强度的影响
• 4.4.2 连接时间对接头强度的影响
• 4.4.3 扩散连接接头界面的元素扩散分析
• 4.4.4 界面反应层的形成及成长
• 4.5 TI-6AL-4V/NI/CU/QAL10-3-1.5 扩散连接工艺参数优化
• 4.5.1 连接温度对接头强度的影响
• 4.5.2 连接时间对接头强度的影响
• 4.5.3 扩散连接接头界面的元素扩散分析
• 4.5.4 界面反应层的形成及成长
• 4.6 填加其他金属中间层的扩散连接
• 4.6.1 填加金属中间层Ta 的扩散连接
• 4.6.2 填加金属中间层Ag 的扩散连接
• 4.7 本章小结
• 第5章 套筒结构件膨胀压差法扩散连接
• 5.1 引言
• 5.2 理论基础
• 5.2.1 热弹性理论基础
• 5.2.2 热塑性理论基础
• 5.3 数学模型的建立
• 5.3.1 简化与假设
• 5.3.2 分析模型的建立
• 5.4 稳态模拟结果分析
• 5.4.1 不同间隙下径向应力变化规律
• 5.4.2 不同间隙下Mises 应力变化规律
• 5.4.3 不同间隙下Mises 应变变化规律
• 5.4.4 不同间隙下位移变化规律
• 5.5 瞬态模拟结果分析
• 5.5.1 界面应力场瞬态变化规律
• 5.5.2 界面应变场瞬态变化规律
• 5.6 界面残余应力分布
• 5.7 钛合金环/铜合金柱套筒结构件的试验验证
• 5.8 本章小结
• 第6章 扩散连接界面的元素扩散机制
• 6.1 引言
• 6.2 填加金属中间层扩散连接机理
• 6.3 生成固溶体类型扩散连接界面的元素扩散
• 6.3.1 直接扩散连接界面的元素分布
• 6.3.2 填加金属中间层的扩散连接界面元素分布
• 6.3.3 套筒结构件扩散连接界面的元素分布
• 6.4 生成金属间化合物类型扩散连接界面的元素扩散
• 6.4.1 界面元素扩散的热力学分析
• 6.4.2 界面元素扩散的动力学分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结 论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的相关学术论文
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT