Ti(C,N)基金属陶瓷/40Cr钢钎焊接头减应措施

选用Cu,Nb,Mo箔中间层,在特定的焊接参数条件下对Ti(C,N)基金属陶瓷/40Cr钢接头进行了钎焊试验,分析比较了中间层与钎料的不同匹配对抑制裂纹形核及扩展的影响.结果表明,中间层Cu能有效释放接头残余应力,防止接头产生裂纹;中间层Nb易溶解并聚集成带状,并在该带状组织与钎缝界面萌生裂纹;中间层Mo的减应效果较差.影响Ti(C,N)基金属陶瓷/40Cr钢钎焊接头残余应力的因素很多,应综合考虑各因素才能达到有效降低接头应力的目的.     

Ti(C,N)基金属陶瓷与低碳钢真空钎焊的界面结构及接头强度

本文采用CuMnNiCrSi钎料实现了对Ti(C,N)基金属陶瓷与低碳钢的真空钎焊连接。研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头剪切强度的影响,通过XRD、SEM和EDS对接头的物相、显微组织、元素分布及断口形貌进行分析。研究表明:在钎焊温度为1030℃,保温时间为20 min的工艺条件下,钎焊接头的结合强度达到最大,其剪切强度为301.5 MPa。Ti(C,N)基金属陶瓷/低碳钢焊缝由α-Ti基固溶体和Cr基固溶体构成。在金属陶瓷一侧的界面处形成Cu基固溶体,在钢一侧形成(Cu,Ni)固溶体和(Fe,Ni)固溶体。Ti(C,N)基金属陶瓷/低碳钢接头断裂发生在Cu基钎料处,其断裂方式为韧性断裂。     

Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料与40Cr钢辅助脉冲电流液相扩散连接

采用辅助脉冲电流液相扩散连接方法,对Ti(C,N)-Al₂O₃陶瓷基复合材料与40Cr钢进行了焊接试验,重点研究了在一定加热温度和保温时间条件下脉冲电流对界面元素分布、相结构、反应层厚度以及接头强度的影响规律.结果表明,辅助脉冲电流液相扩散连接可以实现Ti(C,N)-Al₂O₃陶瓷基复合材料的冶金结合,保温时间对焊接接头强度影响不明显,四点弯曲强度数据普遍处于146~180 MPa之间;在脉冲电流作用下,焊缝熔体中原子扩散行为、扩散路径以及扩散速率将发生显著变化,利用该特性,有助于改变界面金属间化合物的生长特性,控制焊缝中低熔点共晶组织含量,进而达到改善和提高焊接接头强度的效果.     

Ti(C,N)与45钢钎焊接头组织及力学性能

以不同厚度的铜箔、镍箔作为缓解接头残余应力的中间层材料，在钎焊温度820℃，保温时间20min的工艺参数条件下对Ti（C，N）基金属陶瓷与45钢进行了钎焊试验。结果表明，无论是采用铜箔还是镍箔，当其厚度从100μm增加到300μm时，接头三点弯曲强度上升趋势平缓；由于铜箔在钎焊过程中大量溶解，削弱了钎料与Ti（C，N）基金属陶瓷的化学相容性，降低了界面结合力，从而严重制约了接头强度的提高；使用镍箔的突出特点表现在具有较高的界面强度，与施加铜箔的钎焊接头相比强度显著提高，但其缓解接头残余应力的效果不如铜箔，在靠近钎缝的Ti（C，N）基金属陶瓷一侧易引发残余应力集中现象。     

陶瓷基复合材料辅助脉冲电流液相扩散连接的界面反应及接头强化机制

采用Cu-Zr箔/Cu箔/Cu-Zr箔中间层对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行了液相扩散连接实验,研究了辅助脉冲电流对元素扩散、界面反应产物及接头强化机制的影响.结果表明,液相扩散连接过程中辅助脉冲电流条件下可以在较低的焊接温度和较短的焊接时间内实现更高的接头强度.辅助脉冲电流液相扩散连接工艺显著改变了Zr和Cu在Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料和钎缝中的扩散行为,减少Zr的活性,抑制其与Al2O3陶瓷颗粒发生激烈的化学反应.辅助脉冲电流可以抑制陶瓷颗粒相溶解进入焊缝以及界面扩散过渡层和Zr-Cu反应层的厚度,确保焊缝强化以及界面强化,这是辅助脉冲电流液相扩散连接接头具有较高强度水平的关键所在.     

Zr/Cu/Zr部分瞬间液相焊扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料

采用Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行部分瞬间液相扩散连接实验,研究保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响,探讨了制约接头室温强度的因素,对比分析了在部分瞬间液相扩散连接过程中,辅助脉冲电流对元素扩散及接头强度的作用机制.结果表明,预置Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层通过部分瞬间液相扩散连接,在加热温度950℃,保温时间15~30 min条件下接头强度达到最大值.保温时间过短,活性元素Zr削弱基体强度,保温时间过长,Zr与Cu在界面生成金属间化合物降低了接头的强度.扩散焊过程中施加辅助脉冲电流能够有效缓解接头的残余应力,防止裂纹在脆性基体材料中扩展;但是同时促进了界面处的反应进程,显著提高了界面处Cu-Zr金属间化合物的形成速度,使得界面易成为接头的薄弱环节.     

温度对基于液相烧结的Ti(C,N)基金属陶瓷/钢扩散连接的影响

介绍了一种基于液相烧结过程的Ti(C,N)基金属陶瓷/钢的扩散连接方法。试验研究了连接温度的影响,并对接头界面微观组织与成分进行了分析。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷/钢的最佳连接温度是1320℃。低于1320℃时,Ti(C,N)基金属陶瓷无法致密化,Ti(C,N)基金属陶瓷和钢无法连接;高于1320℃时,钢熔化。Ti(C,N)基金属陶瓷/钢的扩散连接过渡层由四部分构成:靠近Ti(C,N)基金属陶瓷的过渡层Ni含量极多,有一定量的Ti,是Ti(C,N)基金属陶瓷的表面层;第二层Ni含量减少,Ti和Fe增加,也是Ti(C,N)基金属陶瓷的表面层;第三层是奥氏体区,主要元素是Ni和Fe;第四层是马氏体区,它靠近钢基体,主要成分是Fe及少量Ni和C。     

时间和温度对放电等离子体扩散焊接Ti48Al2Cr2Nb合金接头显微组织的影响

采用放电等离子体扩散焊接技术,以Ti/Ni/Ti箔为中间层,实现了Ti48Al2Cr2Nb合金之间的扩散连接. 研究了焊接时间和温度对接头显微组织的影响. 结果表明,950 ℃时,保温15 min,中间层和基体中元素互扩散有限;保温时间延长到30 min,中间层在接头处扩散均匀. 在相同保温时间30 min的条件下,900 ℃和950 ℃得到的接头界面存在分层,各个层的主要物相都是α₂相,仅最内层存在α-Ti. 升高温度到1 000 ℃和1 050 ℃,接头界面分层消失,显微组织相似,都是由粗大的α₂相和固溶了少量Ni原子,Nb原子,Cr原子的α₂相组成. 放电等离子体烧结(SPS)对接头处的元素扩散有促进作用,尤其是Ni元素,使得接头内部没有TiNi和TiAlNi金属间化合物生成.     

Cu作缓冲层的TiC金属陶瓷/304不锈钢扩散连接（英文）

对TiC金属陶瓷和304不锈钢进行真空扩散连接实验,并采用Ti/Nb/Cu中间层以实现活性连接并缓解接头残余应力的目的。对焊后接头进行详细的组织分析和力学性能测试来评估焊接工艺。分析发现在TiC金属陶瓷和304不锈钢之间形成明显的转变过渡区,界面反应产物为(Ti,Nb)、剩余Nb、剩余Cu以及Cu(s.s)。连接温度925℃,保温时间20 min,压力8 MPa下得到的接头剪切强度达84.6 MPa,此时脆性断裂发生在靠近界面处的陶瓷内部。结果表明,中间层Ti/Nb/Cu的合理选择能很好的降低金属间化合物对接头性能的有害作用,而且Nb对接头残余应力的改善起到关键作用,有效的提高了接头强度。     

Ti-Nb-Cu作缓冲层的TiC金属陶瓷/304不锈钢扩散连接

对TiC金属陶瓷和304不锈钢进行真空扩散连接实验,并采用Ti/Nb/Cu中间层以实现活性连接并缓解接头残余应力的目的。对焊接接头进行详细的组织分析和力学性能测试来评估焊接工艺。分析发现在TiC金属陶瓷和304不锈钢之间形成明显的转变过渡区,界面反应产物为（Ti,Nb）,剩余Nb,剩余Cu以及 Cu（s.s）。连接温度925℃,保温时间20min,压力8MPa下得到的接头剪切强度达84.6MPa,此时脆性断裂发生在靠近界面处的陶瓷内部。结果表明,中间层Ti/Nb/Cu的合理选择能很好的降低金属间化合物对接头性能的有害作用,而且Nb对接头残余应力的改善起到关键作用,有效的提高了接头强度。     

Cr_3C_2对纳米TiN改性Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了添加0%～2.5%（质量分数）晶粒长大抑制剂Cr3C2对纳米TiN改性的Ti（C,N）基金属陶瓷组织和性能的影响。结果表明,添加Cr3C2后,Ti（C,N）基金属陶瓷的晶粒显著细化,抗弯强度也得到提高。Cr3C2添加量为1%时,抗弯强度达到最大值1407 MPa;添加适量Cr3C2可提高材料的硬度和断裂韧度,添加量为1.5%时,维氏硬度达到最大值15.8 GPa,添加量为1%时,断裂韧度达到最大值10.7 MPa.m1/2。     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷,并用固体粉末法对其进行了渗硼处理。研究了渗硼处理对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织以及抗弯强度和硬度的影响。结果表明:渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷中生成了CoB、TiB2、MoB2和石墨相。金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成,厚度为100～140μm。硼化物层主要由CoB组成,扩散层含有较多孔隙,基体区存在富硼的渗硼影响区,影响区具有与Ti(C,N)基金属陶瓷近似的微观组织,但金属相含量较少。渗硼处理使Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度降低,主要是由材料中产生的热应力、组织应力以及组织变化引起的。Ti(C,N)基金属陶瓷的表面硬度提高48.7%。在由渗硼层表面向内部100～140μm范围内,硬度呈下降趋势。     

Early high-temperature oxidation behavior of Ti(C,N)-based cermets with multi-component AlCoCrFeNi high-entropy alloy binder

The early high-temperature oxidation behavior of Ti(C,N)-based cermets with equiatomic AlCoCrFeNi high-entropy alloy binder has been studied, as well as the cermet with Ni/Co binder as a reference. Experiments were performed at the temperature range of 800–1100 °C in static laboratory air. The micro-structural evolution of the multi-layered oxide scales on the cermets was investigated and the effect of binder phase constituent on the oxidation characteristics of Ti(C,N)-based cermets was evaluated. The results demonstrated that the cermet with AlCoCrFeNi multi-element alloy binder possesses superior oxidation resistance, which is greatly better than that of the cermet with Ni/Co metallic binder under the same condition. We suggest that the formation of a continuous and dense external oxide scale can effectively impede the outward diffusion of volatile tungsten oxides and inward oxygen transport, leading to a remarkable improvement of oxidation resistance. In addition, the enhanced oxidation resistance was related to the high Cr and Al concentration in AlCoCrFeNi binder phase that urges the formation of oxide layers with more efficient passivation effect against oxidation.     

陶瓷相原始粉末粒度对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷试样和刀具。研究了陶瓷相粉末粒度对Ti（ C, N）基金属陶瓷显微组织、力学性能及其刀具耐磨损性能的影响。结果表明,超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷的硬质相均具有黑芯/灰壳和白芯/灰壳两种显微结构。超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷中白芯/灰壳结构硬质相晶粒较多,而纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷中硬质相晶粒主要为黑芯/灰壳结构。与超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷相比,纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧度以及较低的硬度和孔隙度。纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具具有较长的使用寿命,约为超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具使用寿命的2．3倍。     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体渗硼。研究了渗硼后金属陶瓷的显微组织和力学性能以及渗硼对抗热震性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成;渗硼使金属陶瓷的表面硬度提高,抗弯强度降低,使导致金属陶瓷热震残留强度急剧下降的临界热震温差降低约100℃;渗硼使Ti(C,N)基金属陶瓷热震后的残留强度降低,主要是分布不均和形状不规则的孔洞所致;当热震温差较小时,渗硼使金属陶瓷表面萌生热震裂纹的孕育期延长,从而推迟了主裂纹的形成;而热震温差较大时,经渗硼的金属陶瓷热震裂纹扩展较快,易形成龟裂。     

Al/Ti扩散层形成的扩散溶解机制

分别在铝组元熔点之下和之上对Al/Ti镶嵌式扩散偶进行退火热处理,形成固-固和固-液扩散偶.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析Al/Ti固-固和固-液扩散层的形态和结构,并对其形成微观机理进行了研究.结果表明,Al/Ti固-固扩散层由一层TiAl₃构成;固-液扩散层由TiAl₃单相层与TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层两层构成,双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体的形态自铝向钛呈现规律性变化.Al/Ti固-固TiAl₃扩散层和固-液TiAl₃单相层的形成都是铝扩散溶解到钛中形成以钛为溶剂的Al-Ti固溶体结晶形成的;而Al/Ti固-液TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层是钛先溶解再扩散到液态铝中形成的Al-Ti液溶体结晶形成的.铝液中Ti原子浓度自铝向钛逐渐升高,导致了双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体形态的规律性变化.     

WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

用真空烧结法制备了添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了WC粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响。研究结果表明:添加微米级和亚微米级WC的Ti(C,N)基金属陶瓷试样均呈现出典型的"芯-环"结构,但在添加了亚微米级WC的试样中出现了"白芯-灰环"结构。同时,随着原始WC颗粒粒径的变小,其硬质相和黑色的芯相尺寸变小,而且黑色的芯相体积分数也变小。能谱分析表明,白色芯相具有与环形相相同的元素组成,但白色芯相含有较多的W和Mo元素。力学性能测试表明,添加亚微米级WC的金属陶瓷的抗弯强度要优于添加微米级WC的金属陶瓷,但硬度却偏低。     

Microstructure and shear strength of the brazed joint of Ti（C,N）-based cermet to steel

Firm joins were obtained between Ti(C,N)-based cermet and steel with Ag-Cu-Zn-Ni filler metal by vacuum brazing. The effects of technological parameters such as brazing temperature, holding time, and filler thickness on the shear strength of the joints were investigated. The microstructure of welded area and the reaction products of the filler metal were examined by scanning electron microscopy (SEM), metallographic microscope (OM), energy-dispersive X-ray analysis (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The brazing temperature of 870°C, holding time of 15 min, and filler thickness of 0.4 mm are a set of optimum technological parameters, under which the maximum shear strength of the joints, 176.5 MPa, is achieved. The results of microstructure show that the wettability of the filler metal on Ti(C,N)-based cermet and steel is well. A mutual solution layer and a diffusion layer exist between the welding base materials and the filler metal.     

WC含量对超细Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用真空烧结法制备超细Ti(C,N)基金属陶瓷,研究WC含量0wt%～20wt%对超细Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。通过SEM观察组织形貌发现,添加WC后金属陶瓷的组织出现了典型的芯壳结构,并且芯壳产生了明显细化,但当WC添加量超过15wt%时,环形相碳化物粗化、变脆。伴随着WC添加量,抗弯强度、硬度、断裂韧性均呈现先上升再下降的趋势。在WC添加量15wt%时,抗弯强度达到1262MPa,维氏硬度值达到16.3HV,金属陶瓷的综合力学性能达到最优。     

Sulfidation properties of TiAl–2 at.% X (X=V,Fe, Co,Cu, Nb,Mo, Ag and W) alloys at 1173 K and 1.3 Pa sulfur pressure in an H2S–H2 gas mixture

TiAl–2 at. % X (X=V, Fe, Co, Cu, Nb, Mo, Ag and W) alloys were sulfidized at 1173 K for 86.4 ks at a 1.3 Pa sulfur pressure in an H₂–H₂S gas mixture. The structure, phases, and compositions of the external sulfide scale and alloy surface layer were measured using EPMA and X-RD. The TiAl–2Ag and –2Cu alloys sulfidized faster than TiAl, and the alloy surface layer was thicker than that of TiAl. Sulfidation amounts of the TiAl–2X (X=V, Co, Fe, Mo, W and Nb) alloys were almost the same as that of TiAl, while the thickness of the alloy surface layer decreased in the order: V>Co>Fe>Mo>[Cr (by Narita T, Izumu T, Yatagai M, Yoshioka T. Intermetallics, 2000;8:371)]>W>Nb. The sulfide scale was composed of multi-layer structures: an outermost (rich in Ti-sulfides), an outer (rich in Al₂S₃), an inner (a mixture of Ti-sulfides and Al₂S₃), and an innermost (rich in Ti-sulfides) layer. The alloy surface layer also had a multi-layer structure, and was classified into four groups: group 1 for TiAl–2V and –2Co alloys as well as TiAl binary alloy where the surface layer consists of alloy substrate/TiAl₂/TiAl₃/sulfide scale, group 2 for TiAl–2Nb, –2Mo, and –2W (and also– 2Cr) alloys with alloy substrate/TiAl₂/TiAl₃/(Nb, Mo, W or Cr)–Al alloy/sulfide scale, group 3 for TiAl–2Cu and –2Ag alloys with alloy substrate/TiAl₂/Ti (Al, Ag or Cu)₃ with an L1₂ structure/TiAl₃/sulfide scale, and group 4 for TiAl–2Fe alloy with alloy substrate/TiAl₂/Ti(Al,Fe)₃ with an L1₂ structure/TiAl₃/FeAl₃/sulfide scale. Diffusion paths for these four groups were shown in a tentative Ti–Al–X ternary phase diagram.