TiNiB复合钎料钎焊Ti2AlNb基合金接头微观组织及性能

采用Ti-66Ni(质量分数,%)+B的复合钎料对Ti_2AlNb基合金进行钎焊连接,研究了钎焊接头的界面组织与形成机制,分析了钎焊温度与B含量对接头组织与性能的影响。结果表明:钎焊接头的典型界面组织为:Ti_2AlNb/B2/B2+Nb_3Al+τ_3+TiB/τ_3+Ti_2Ni/B2+Nb_3Al+τ_3+TiB/B2/Ti_2AlNb;B含量为10vol%时,当钎焊温度升高至1200℃时,有连续的τ_3相生成,导致接头性能下降;B元素的加入影响界面中Ti_2Ni的形核与Nb_3Al的长大过程,B含量为10vol%时,接头中生成的TiB存在于Nb_3Al相边缘,抑制晶粒长大,继续增加B含量,接头中生成的TiB弥散分布于界面中,反应层增厚,Nb_3Al相尺寸增大。当B含量为10vol%,钎焊温度为1180℃,保温10min时,接头的抗剪强度最大,达到245MPa。     

连接温度对纯铜瞬时液相扩散连接接头组织及力学性能的影响

采用Cu46Zr46Al8非晶薄片作为连接中间层,在温度750～900℃、压力0.5 MPa、保温时间300 s条件下,对纯Cu进行瞬时液相扩散连接,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对连接层组织和成分分布进行了分析,并对连接试样的力学性能进行了测试。结果表明,连接界面结合良好,当连接温度较低时(750～800℃),基体与连接界面层发生了扩散反应,形成了3层Cu-Zr金属间化合物反应层;当连接温度在850～900℃时,基体以胞状生长方式长入中间层,而中间层凝固成片层状共晶组织(Cu9Zr2和Cu)。900℃连接试样的抗拉强度为345 MPa,表现出良好的塑性。     

Ti3Al基合金TLP扩散连接界面的组织演变

以Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni(质量分数,％)非晶箔带为中间层,研究了TLP扩散连接Ti-23Al-17Nb(质量分数,％)合金的界面组织演变过程.结果表明,Ti元素和Nb元素向中间层扩散而Ni,Cu和Zr元素向母材扩散驱动了界面组织演变;在扩散初始阶段即930℃,保温5 min时,界面已形成冶金结合;随保温时间延长至15 min,界面析出条形TiNi3(Cu,Zr)化合物,其随保温时间延长更加细小呈弥散分布;直至保温时间延长至120～ 200 min,界面组织转变为均一、粗大的针状魏氏组织.保温时间是影响TiNi3(Cu,Zr)化合物析出形态和分布的主要因素,控制保温时间可有效改变界面化合物状态,该方法是优化此类界面组织以提高接头强度的有效途径.     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

Ti3AlC2材料的反应合成及其烧结行为

以Ti,Al和TiC为原材料,用无压煅烧合成法制备三元化合物Ti3AlC2。详细讨论了煅烧温度和铝含量对多晶Ti3AlC2纯度的影响。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和场发射透射电镜研究了粉末材料的组织结构、晶粒大小、层板厚度和选区电子衍射花样。结果表明1300℃是合成Ti3AlC2粉末的最佳煅烧温度,1:1.2:2是Ti/Al/TiC原材料的最佳摩尔比。用热压法制备了不同烧结温度下的Ti3AlC2块体试样,在1300℃热压制备的Ti3AlC2块体的相对密度可达99.9%,其维氏硬度和三点抗弯强度分别为5.7 GPa和630 MPa。通过场发射扫面电镜观察材料的断口形貌,进一步分析了Ti3AlC2块体材料的强化机理。     

Fe2O3-CaO-TiO2 体系下铁酸钙的合成过程及TiO2 和CaTiO3 的影响

为了确定高钛型钒钛磁铁矿烧结过程中铁酸钙的生成是受TiO₂还是TiO₂和CaO形成的CaTiO₃影响,首先利用Fe₂O₃和CaO的纯试剂合成了铁酸钙,并研究了TiO₂和CaTiO₃对钛铁酸钙 （FCT） 形成的影响。在Factsage 7.0软件进行热力学计算的基础上,通过在空气气氛下进行烧结,获得了在1023~1423 K温度范围内、不同烧结时间的不同样品。通过X射线衍射和扫描电镜-能谱分析等表征手段,对烧结样品的物相转变和微观结构变化进行了表征。发现FCT的形成过程主要分为2个阶段：前一阶段为1023~1223 K温度范围内Fe₂O₃与CaO之间的反应,合成产物为Ca₂Fe₂O₅,反应方程式为“Fe₂O₃(s)+ 2CaO(s)= Ca₂Fe₂O₅(s)”;后一阶段为1223~1423 K温度范围内Ca₂Fe₂O₅和Fe₂O₃的反应,主要产物为CaFe₂O₄,反应为“Ca₂Fe₂O₅(s)+ Fe₂O₃(s)= 2CaFe₂O₄(s)”,该阶段尤其是温度为1423 K时,反应速率显著加快,随温度的升高CaTiO₃显著增加。然而,Ti元素在铁酸钙中的固溶很难实现,TiO₂与铁酸钙之间的反应不是形成FCT的有效途径。随着保温时间的延长,CaTiO₃和FCT相界中Fe元素含量增加。FCT主要是通过Fe组分在CaTiO₃中固溶形成的,主要反应是“Fe₂O₃+CaTiO₃(s)=FCT(s)”。     

γ/α 2 相界面对TiAl合金超音速微粒轰击影响的分子动力学模拟

为探究γ/α₂相界面对TiAl合金在轰击过程中的变形机制和轰击后力学性能的影响,通过分子动力学来模拟超音速微粒轰击双相TiAl合金的过程。结果表明：γ/α₂不同厚度比模型的冲击变形机制不同,变形主要集中在γ相和界面处。随着γ相厚度的减小,与相界面接触的位错首先被界面处的失配位错网络吸收,然后在相界面处成核,最终穿过相界面进入α₂相。冲击过程中产生的位错以Shockley位错为主,试样中形成了不完全层错四面体。冲击之后分别使用单轴拉伸模拟和纳米压痕模拟,测定了试样的强度和表面硬度。拉伸过程中相变、孪晶和层错是不同厚度比试样的主要变形机制。与其他试样相比,厚度比为1:3的双相TiAl合金在冲击后具有最高的屈服强度、硬度和弹性模量。     

Cr、Mo对DO3-Fe3Al力学性能和电子结构影响的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了Cr、Mo在DO₃-Fe₃Al 金属间化合物中的占位、以及Cr、Mo对Fe₃Al力学性能和电子结构的影响。研究显示：Cr、Mo在Fe₃Al中优先替代Al原子;Cr、Mo的添加均提升了Fe₃Al的体模量、剪切模量、弹性模量以及塑性,其中Mo对Fe₃Al的模量以及塑性的提升效果更明显。电子结构和电荷密度分析表明：Cr、Mo对Fe₃Al力学性能提高的主要原因是Cr、Mo的s,p和d轨道电子参与了Fe₃Al的电子杂化,Cr、Mo增加了Fe₃Al的成键峰数量,且增加了Fe₃Al中原子间的重叠电子数,此外Cr、Mo减弱了Fe₃Al中Fe-Fe间电子云的方向性。     

Ti3Al单晶塑性变形行为的晶体塑性有限元模拟

基于晶体塑性理论,建立了滑移变形机制下Ti_3Al单晶晶体塑性的细观本构关系,并利用ABAQUS/UMAT用户子程序接口开发本构关系子程序,将其应用于不同取向Ti_3Al单晶的单向压缩模拟。分析不同取向时晶体滑移系的启动情况,以及滑移系启动与取向的相互关系。结果表明:基面滑移系(0001)1120,柱面滑移系{1010}1120和锥面滑移系{1121}1126均被激活,但由于滑移系之间临界剪切应力和施密特因子的不同,各滑移系的启动情况存在显著差异。基面和锥面滑移系的临界剪切应力较大,仅在施密特因子较大时启动;特别是锥面滑移系,其临界剪切应力最大,因而该滑移系只有在压缩轴接近[0001]方向时才被激活。柱面滑移系的启动较为容易,对塑性变形的贡献也最大。同时与实验结果相比较,模拟结果基本与之吻合。     

采用辅助脉冲电流液相扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3的接头形成行为及强度

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,重点研究了在辅助脉冲电流作用下,界面及焊缝组织演变、基体材料溶解等界面行为,探讨了工艺参数对接头强度及断口形态影响规律.结果表明,通过采用辅助脉冲电流液相扩散连接Ti(C,N)-Al2O3与40Cr钢,可以在较短的焊接时间条件下获得较为稳定的接头强度,四点弯曲平均强度位于231~272 MPa之间;降低焊接件整体加热温度以缓解接头残余应力,控制界面和焊缝化学冶金反应进程以较少金属间化合物数量、提高固溶体含量,抑制活性元素Zr向陶瓷基复合材料中的扩散进程以减少陶瓷颗粒向焊缝中的溶解量,是提升焊接接头强度的关键因素.     

Ti_3Al基合金瞬间液相扩散连接接头组织与力学性能

采用TiZrNiCu合金作为中间层材料研究了Ti3Al基合金的瞬间液相扩散连接,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机研究了接头的组织结构与力学性能.结果表明,采用TiZrNiCu作为中间层可以实现Ti3Al基合金的TLP扩散连接,能形成完整的接头.较高的连接温度和较长的连接时间有利于获得成分和组织较为均匀的接头.随着连接温度的提高和连接时间的延长,接头连接区宽度增大,反应层数量减少.当连接温度为900℃,连接时间为60min时,接头组织主要为钛固溶体,TiAl和TiCu.接头抗剪强度最高,可达420.1MPa.     

以Ti-Zr-Cu-Ni-Fe合金为中间层的Ti3Al/TiAl瞬间液相扩散连接

采用瞬间液相扩散焊方法,以自主设计的Ti-Zr-Cu-Ni-Fe系新型合金作为中间层,实现了Ti₃Al基合金与TiAl异种材料之间的连接.利用扫描电镜、电子探针以及X射线衍射分析等方法对接头界面微观组织和物相进行了分析.结果表明,Ti₃Al/TiAl接头主要由富Ti相、Ti₂Al反应层、α₂-Ti₃Al相以及溶入了Al元素的残余中间层组成;随着焊接温度的升高,中间层与母材的溶解与扩散变得更加强烈,使得Ti₂Al反应层厚度增加,残余中间层的数量减少.抗剪测试结果显示,焊接接温度在880~1010℃范围内时,提高焊接温度有利于接头强度的提高;接头在室温下的最大抗剪强度达到502 MPa,在500℃下为196 MPa.     

碳钢/不锈钢的瞬间液相扩散复合

用扫描电镜、能谱分析等方法,研究了H62黄铜为中间层的20钢/304不锈钢瞬间液相扩散复合后结合区的组织、成分与性能。结果表明:在950～1100℃扩散退火0.5～1h,20钢与304不锈钢可以获得良好的冶金结合;当温度较高,时间较长时,在界面附近的20钢一侧,因合金元素含量提高,淬透性提高,导致空冷形成高硬度的马氏体组织;Fe、Cr、Ni向H62黄铜中扩散富集,形成高硬度的岛状组织。     

NaCl盐对Ti_2AlNb合金表面渗镀Al层热腐蚀行为影响

为提高Ti_2AlNb合金的实际使用温度,采用加弧辉光等离子渗镀技术在合金表面制备渗镀Al层,研究渗镀Al层在750℃下涂盐Na_2SO_4和Na_2SO_4+25%NaCl的热腐蚀行为。同时利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对腐蚀产物的形貌进行观察,并结合X射线衍射对相组成进行分析。结果表明:渗镀Al层组织均匀致密,与基体结合良好。涂层可分为明显的3个区域:最外层Al_2O_3薄膜、次表层纯Al沉积层和内层Al-Ti-Nb扩散层。扩散层主要包括Al_3Ti﹑Al_3Nb和AlNb_2等相。渗镀Al层试样在750℃的Na_2SO_4盐热腐蚀100 h后,仅增重约2 mg/cm~2,表现出良好的抗热腐蚀性能;而在Na_2SO_4+25%NaCl混合盐中,试样则先增重后逐渐减重,整个涂层出现明显开裂和剥落,其原因是Cl–的渗入使表面形成的Al_2O_3膜被破坏,进而加速消耗涂层中的Al。     

瞬时液相扩散焊连接压力的研究

瞬时液相扩散连接过程中由于过渡液相的产生降低了连接过程中所需要的压力,但是压力在瞬时液相扩散连接过程中起着重要的作用,是保证焊接接头质量,提高焊接效率的主要影响因素之一。本文对连接压力在连接过程中排除氧化膜、减少等温凝固时间等作用进行了总结,并对其选择依据和控制原则进行了讨论。     

Ti2AlNb合金薄壁壳体多道次强旋成形有限元模拟

针对Ti₂AlNb合金旋压加工的实际工况与特点,基于有限元软件的动态、显式模块建立了Ti₂AlNb合金薄壁壳体强旋成形的三维弹塑性模型,并解决了多道次旋压模拟过程中涉及到的应力集中过大,变形不均性等问题。基于该数值模型,对旋压工艺进行了优化,并分析了不同道次下旋压件变形区的应力应变状态。模拟结果表明：道次的增多会导致应力集中现象发生,同时应变增大,造成旋压件变形不均匀、贴膜性不好,采用道次间退火工艺可减小应力集中与变形不均匀性。通过与旋压试验过程中出现的开裂、起皱等缺陷进行对比,验证了多道次强旋成形有限元模型的准确性。     

瞬间液相扩散连接模型及发展现状

瞬间液相扩散连接（TLP-DB）方法以其独有的性能优势，在先进材料连接领域得到广泛的重视和应用。综述了瞬间液相扩散焊中接触熔化、液相均匀化、等温凝固以及固相成分均匀化阶段的理论模型及发展状况．并对现有模型进行了分析和讨论。     

Ti2AlNb金属间化合物惯性摩擦焊接头组织及性能分析

采用惯性摩擦焊接工艺对Ti₂AlNb金属间化合物进行了焊接试验研究,利用SEM观察了焊态及焊后热处理接头各区域显微组织,并分析了接头显微硬度变化趋势. 结果表明,Ti₂AlNb金属间化合物试验母材为α₂+B2+O三相组织,α₂相呈断续网状和块状分布于原B2相晶界,O相呈片状分布在B2相基体上;摩擦焊接头分区明显,WZ为单一B2相等轴晶粒,晶粒均匀细小,热力影响区(TMAZ)近焊缝区为B2+α₂相组织,α₂相沿摩擦方向呈定向分布,远焊缝区与热力影响区(HAZ)相近为B2+O+α₂三相组织;焊后热处理接头WZ为板条状B2+O双相组织,并伴有疑似孪晶出现,TMAZ为B2+O+α₂三相组织,近焊缝区原黑色条纹区B2相转变成了块状O相,其余B2相转变成B2+O相板条束,HAZ组织与母材相近,但具有厚度更细小的O+B2相板条;焊态及焊后热处理接头焊缝区显微硬度最高,随着向母材区过度,显微硬度逐渐降低.