Ti_3Al/Ti/Ti_2AlNb扩散连接工艺及性能

采用钛箔作为中间层扩散连接Ti3Al与Ti2AlNb,利用SEM,EDS和XRD等分析方法发现,接头界面组织结构为Ti3Al/α+β双相组织/富B2相/Ti2Al Nb.分别研究了中间层厚度,连接温度,保温时间等工艺参数对接头界面组织形貌以及力学性能的影响.结果表明,当钛箔厚度10μm,T=900℃,t=120 min,p=5 MPa时,接头组织性能最佳.钛箔厚度增加会导致Ti,Al,Nb等元素扩散不均匀;Ti3Al/Ti2Al Nb直接固相扩散连接温度为1 000℃,加入钛中间层可将其降低至900℃,减小了高温热循环对母材性能的损伤,接头整体抗拉强度从795 MPa提升至906MPa;保温时间90~120 min可保证扩散充分连接可靠.     

扩散焊接钨/钒/钢体系的界面结构及力学性能

采用厚度为0.5 mm钒片作为中间层,在1050℃/10 MPa/1 h的工艺条件下,对钨/钢异种材料进行扩散焊接.采用扫描电镜、能谱仪和纳米压痕分别对接头的微观组织、元素分布及显微硬度进行分析和测试;对接头的拉伸性能进行测试,并对其断口形貌和元素分布进行分析.结果表明,利用母材与中间层之间元素的相互扩散,可实现钨/钢材料的焊接;钨/钢焊接接头界面区由钨-钒固溶体层、未反应钒层及钒-钢扩散层3部分组成,其中钒-钢界面层结构为钒/VC层/脱碳层/钢;钢/钒扩散层具有最高的显微硬度;钨/钢接头抗拉强度为75 MPa,含脆性相VC的钒/钢界面是接头失效的主要断裂源.     

中间层对可伐合金4J29/钼组玻璃DM308激光焊接接头结合性能的影响

采用YLS-6000型光纤激光器对可伐合金4J29与钼组玻璃DM308进行激光焊接,研究了中间层对接头强度、界面结构和界面结合机理的影响,分析了界面元素的扩散行为. 结果表明,Mo-Mn-Ni中间层可以减少接头边缘较大的裂纹,Ni₂O₃-MnO₂-B₂O₃中间层可以减少玻璃侧的微裂纹和气泡数目;4J29/DM308激光焊接头承载能力最弱的部位为靠近玻璃侧,穿过气泡发生断裂,Mo-Mn-Ni中间层接头的抗剪切强度最大为10.96 MPa,Ni₂O₃-MnO₂-B₂O₃中间层接头抗剪切强度最大值为13.46 MPa;Ni₂O₃-MnO₂-B₂O₃中间层接头界面过渡层的厚度大约为30 ~ 40 μm,过渡层存在明显的枝晶生长,接头界面XRD相分析结果表明,界面过渡层为Fe和Si立方晶系的复合氧化物FeSiO₃和Fe₇SiO₁₀,接头界面EDS分析结果表明,Fe,Co,Ni等元素在整个界面区域内发生了扩散融合,界面结合主要靠化学反应和元素扩散连接.     

高温合金GH4169真空扩散连接工艺

采用真空直接扩散以及加镍中间层对高温合金GH4169进行了连接,阐述了扩散连接工艺参数对接头界面和接头力学性能的影响,以孔隙的多少作为评价指标来说明工艺参数对接头的影响.GH4169的直接扩散连接,升高加热温度、延长保温时间和增大连接压力均会不同程度的使界面的孔隙数目减少、尺寸变小.连接温度1 100℃,保温时间90 min,连接压力40 MPa时,扩散孔隙基本消失,接头平均抗拉强度达到658MPa.采用镍中间层对GH4169进行扩散连接,接头塑性得到改善,接头抗拉强度得到明显提高;连接温度990℃,保温时间75 min,连接压力15 MPa时,接头抗拉强度达到840 MPa.     

钴/镍复合中间层真空扩散连接钨与钢

以钴粉/镍箔为复合中间层,采用800,900和1 000 ℃等三种连接温度,加压10 MPa并保温120 min的工艺条件,对钨/钢真空扩散连接. 研究了接头的微观组织、成分分布、力学性能及断口特征. 结果表明,连接温度为800 ℃和900 ℃时,钨/中间层界面金属间化合物生成很少,对应接头抗剪强度分别为186 MPa和172 MPa,断口均位于钨母材中近界面的位置,为典型解理断裂形貌;当连接温度升至1 000 ℃时,钨/中间层界面生成厚度小于2 μm的连续金属间化合物层,接头抗剪强度降至115 MPa,断裂也发生在钨母材中近界面的位置,断口大部分区域为沿晶断裂特征.     

TC4／Ni／QAI10—3—1．5扩散连接研究

采用Ni箔做中间层在真空下对TC4和QAI10—3—1．5进行扩散连接，用冷场发射扫描电镜(JEOL JSM 6700F)对焊接接头进行金相和能谱分析，用X射线衍射进行相分析，并进行硬度试验和接头拉伸试验。结果表明，在连接温度870℃，连接压力10MPa，保温时间60min规范下，Ni做中间层能够实现TC4和QAI10—3—1．5扩散连接，其抗拉强度达到325MPa。扩散连接界面形成了不同的分层结构，由形成了NiTi相，(NiTi Ni3Ti)相和Ni(Cu)固溶体构成的扩散反应层。     

钒/镍复合中间层扩散焊接钨与钢的界面结构及力学性能

通过添加钒/镍复合中间层,在1 050℃/10 MPa/1 h的工艺条件下,对钨/钢异种材料进行真空扩散焊接.采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、纳米压痕、X射线衍射对接头的微观组织、元素分布及显微硬度进行分析和测试;对焊接接头的拉伸性能进行测试,并对拉伸断口的形貌特征,元素分布及物相组成进行分析.结果表明,采用钒/镍复合层可实现钨与钢的可靠焊接;钨/钢焊接接头界面区由钨-钒固溶体层、未反应的钒层、钒-镍界面层、未反应的镍层、镍-铁固溶体层五部分组成,其中钒-镍界面层结构为碳化钒层/钒-镍金属间化合物和碳化钒混合层/钒-镍金属间化合物层;钒/镍界面由于硬脆碳化物与金属间化合物的产生,具有最高的显微硬度,硬度高达9.7 GPa;接头强度达164 MPa,断裂点位于含脆性相碳化钒及钒-镍金属间化合物的钒/镍界面.     

TC4/Ni/QAl10-3-1.5扩散连接研究

采用N i箔做中间层在真空下对TC4和QA l10-3-1.5进行扩散连接,用冷场发射扫描电镜(JEOL JSM 6700F)对焊接接头进行金相和能谱分析,用X射线衍射进行相分析,并进行硬度试验和接头拉伸试验。结果表明,在连接温度870℃,连接压力10MPa,保温时间60 m in规范下,N i做中间层能够实现TC4和QA l10-3-1.5扩散连接,其抗拉强度达到325 MPa。扩散连接界面形成了不同的分层结构,由形成了N iTi相,(N iTi+N i3Ti)相和N i(Cu)固溶体构成的扩散反应层。     

Al2O3P/6061Al复合材料瞬间液相扩散连接

用纯金属作中间层TLP连接颗粒增强铝基复合材料,接头存在增强相偏聚区,是接头力学性能的薄弱区域.控制增强相偏聚区是改善接头力学性能的一种有效途径.文中尝试用Cu,Al金属复合中间层TLP连接Al2O3P/6061Al复合材料,探讨了其接头的显微结构和力学性能特点.结果表明,用Cu,Al金属复合中间层能够控制接头增强相偏聚,改善接头抗剪强度.在连接温度600℃,保温时间60min的工艺条件下,10 μm Al/10 μm Cu/10 μm Al复合中间层接头增强相偏聚明显下降,接头抗剪强度110 MPa;1.5 μm Cu/10 μm Al/1.5 μm Cu复合中间层接头无明显的增强相偏聚,接头抗剪强度123 MPa.     

中间层厚度对TLP扩散连接TC4组织和性能的影响

采用电沉积Ni/Cu层作为中间层实现了TC4钛合金瞬时液相（TLP）扩散连接,采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪研究了Cu层厚度对TC4钛合金接头界面微观组织和力学性能的影响,并结合Ti-Cu和Ti-Ni二元相图阐明了反应机制。结果表明,瞬时液相扩散连接接头的典型界面组织为TC4/α-Ti+Ti2(Cu, Ni)/TC4,其中Ni元素均以固溶体的形式存在于接头中。随着电沉积Cu层厚度增加,扩散层和焊缝宽度增加,接头中央未焊合的孔洞消失,反应层中开始出现连续的Ti2(Cu, Ni)金属间化合物层且宽度逐渐增加。接头抗拉强度在电沉积Cu层厚度为15 μm时达到最大值500 MPa。断裂分析表明,所有TLP扩散连接接头均以解理断裂方式在焊缝处断裂。     

Friction welding of pure titanium and pure nickel

Abstract

The joint tensile strength and metallurgical properties of a friction welded joint of commercially pure Ti and pure Ni has been investigated in as welded and post-weld heat treated conditions. While friction pressure did not significantly impinge on joint tensile strength, joint tensile strength was affected by friction time. A 1–1·5 μm thick interlayer is essential to join pure Ti and pure Ni using friction welding. A maximum joint tensile strength of 450 MPa was achieved and the joint fractured in the Ti original (not heat affected zone) substrate, i.e. the joint efficiency was approximately 112% relative to Ti substrate and 94·5% relative to Ni substrate. The joint tensile strength abruptly decreased as heating temperature was increased to 873 K and/or the Larson-Miller parameter was increased to approximately 19–20 × 10³. The joint tensile strength rapidly decreased with increasing interlayer thickness up to approximately 10 μm, and then remained constant for further increase in interlayer thickness. Four layers occurred at the interface of joints heated to more than 873 K, namely Ti₂Ni, TiNi, TiNi₂, TiNi₃. The fracture of heated joints propagated mainly in the Ti₂Ni layer and/or at the interface between the TiNi and TiNi₃ layers.     

Friction welding of TiAl intermetallics and structural steel by applying Inconel 718 as interlayer

0IntroductionInterlayer metal is usually introduced while solidwelding heterogeneous metals with different chemical com-ponents and microstructures[1-3].The diffusion activationenergy(DAE)in both sides of interlayer and base metalcould be affected by the …     

Friction welding of TiAI intermetallics and structural steel by applying Inconel 718 as interlayer

Inconel 718 with thickness ranged from 0. 1 - 1.7 mm was chosen as interlayer to promote weldability in friction welding of TiAl intermetallics and structural steel such as AIS14140, in which the welded joint presents single fin showing less welding deformation on TiAl side. The correlations between tensile strength and the interlayer thickness were analyzed and fitted to a model. It indicates an optimum interlayer thickness ranged from 0.9 - 1.1 mm where the tensile strength reaches as high as 360 MPa. Otherwise, while the interlayer thickness decreases to 0. 1 mm, brittle compounds of TiC, Al2Ti4C2 and MTC3 are formed in the welded zone so that the tensile strength decays. Thicker interlayer should be also avoided as double joints may occur at TiAl -lnconel 718 and lnconel 718 -AISI 4140, respectively, which lowers the tensile strength to some extent.     

以铜和Cu-Ti作为中间层的TiAl/GH3536扩散焊

采用铜箔和Cu-Ti合金作为中间层进行了TiAl和GH3536的扩散焊试验.以铜箔作为中间层在935℃/10 MPa/1 h参数下获得的焊缝组织以Ti（Cu,Al）2,AlCu2Ti和AlNi2Ti相为主,焊缝中存在裂纹.接头室温平均抗剪强度仅有31 MPa.以Cu-Ti合金作为中间层在935℃下采用三种不同参数进行了TiAl和GH3536的液相扩散焊试验.当加压3 MPa,保温10 min时,扩散焊缝中央还存在着宽度约5μm的残留相.保温时间延长至1 h,焊缝形成了较为均匀的分层组织,获得的接头室温抗剪强度最高,达180 MPa.增大压力至20 MPa,保温2 h获得的接头中出现AlNi2Ti相,接头平均室温抗剪强度下降至90 MPa.     

预镀层钛合金与铝合金电弧熔钎焊接头界面组织及力学性能分析

钛合金板坡口位置预先热浸镀纯铝镀层,采用TIG电弧熔钎焊的方法连接镀层钛合金与铝合金,对比分析了有镀层和无镀层条件下形成的接头界面组织及焊缝强度.结果表明,两种条件下界面处生成相同成分的金属间化合物TiAl₃,其中无镀层条件下Ti/Al界面反应层呈锯齿状,厚度4~6 μm,焊缝平均拉伸强度118 MPa,以脆性断裂为主;镀层条件下界面生成均匀稳定金属间化合物,厚度2 μm以下,焊缝平均拉伸强度205 MPa,以韧性断裂为主.镀层的引入减薄了金属间化合物反应层厚度,从根本上改变了接头的断裂的方式.     

纵向直流磁场对铝铜熔钎焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊进行铝铜异种材料熔钎焊对接试验,通过添加Zn-2%Al药芯焊丝调控焊缝成分,并施加纵向直流磁场调控界面组织,接头力学性能显著提高. 结果表明,相比于无磁场,在纵向直流磁场的作用下,Cu侧IMC层的形状、厚度和化合物种类均发生变化:平均厚度明显变薄,由32.8 μm降至14.6 μm;形状由平直变为弯曲,起到“机械咬合”作用;Cu侧IMC层Al_4.2Cu_3.2Zn_0.7三元化合物的出现抑制了硬脆的AlCu与Al₂Cu化合物的生长,接头性能升高. 添加直流磁场后,接头抗拉强度均比无磁场时高,且接头抗拉强度随着磁场强度的增加呈现先增大后减小的趋势. 当焊接电流I = 95 A,焊接电压U = 16 V,焊接速度v = 140 mm/min,磁场强度B = 10 mT时,接头抗拉强度最高,达到110.8 MPa,比无磁场升高了约24%.     

时效温度对Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr钛合金微观组织及力学性能的影响

研究了Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr合金经过β相区固溶(880 ℃)、不同温度时效(540~620 ℃)处理后次生α相(α_s)析出形貌及其对力学性能的影响。结果表明:随着时效温度由540 ℃升高至620 ℃,合金中析出α_s相片层厚度由0.030 μm增加到0.142 μm,屈服强度由1353 MPa降低至1074 MPa,断后伸长率由2.5%升高至11.4%,即时效析出的微米级片层α_s能够显著调控合金的力学性能。此外,时效温度升高使合金的拉伸断裂由沿晶脆性断裂为主转变为韧窝穿晶为主的韧性断裂方式。Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr合金时效析出的片层状α_s相的厚度大于0.1 μm,合金的断后伸长率≥6%。当时效温度为600 ℃时,合金的硬度为387 HV10,抗拉强度为1182 MPa,伸长率为8.5%,具有良好的强塑性匹配。     

往复挤压Mg-Al-Si合金的高温拉伸性能

利用往复挤压(RE-n,n为挤压道次)制备Mg-4Al-2Si(AS42)、Mg-4Al-4Si(AS44)和Mg-6Al-6Si(AS66)合金,并在150℃和1.33×10-3s-1的初始应变速率下测试合金的拉伸性能。结果表明:RE-8-AS42合金晶粒尺寸为2.1μm,Mg2Si颗粒尺寸为1.3μm;RE-4-AS42合金晶粒尺寸为4.8μm,组织中含有2～20μm的大块Mg2Si颗粒;RE-AS44和RE-AS66合金晶粒尺寸约为11μm,组织中存在>20μm的Mg2Si颗粒。合金拉伸强度随挤压道次增加而提高,RE-8-AS42合金性能最佳,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为250 MPa、197 MPa和62%,高的性能归因于细小的晶粒和阻碍晶界滑移的细小稳定Mg2Si颗粒。     

DD5单晶高温合金钎焊接头的微观组织和力学性能分析

采用Co基钎料在1 180℃/60 min条件下钎焊DD5镍基单晶高温合金,利用SEM,EPMA分析接头的显微组织,讨论接头的焊缝间隙对显微组织和相分布的影响.结果表明,当钎焊间隙为10 μm时,焊缝组织与母材相似,由γ和γ'相构成,其中弥散分布着细小的M₃B₂相;随焊缝间隙的增加,焊缝中形成骨架状M₃B₂相,富钴的γ-Ni,Ni-Si化合物等脆性相;当焊缝间隙大于200 μm时,焊缝中间形成球状的钴基固溶体,在钴基固溶体之间分布着多种化合物相.对接头进行高温拉伸性能测试可知,随着钎焊间隙减小,接头的高温性能提高,接头在870℃的抗拉强度最高可达到792 MPa.