TiAl合金与镍基高温合金的扩散连接

采用钛为中间层,对TiAl合金与镍基高温合金（GH99）进了扩散连接.研究了扩散连接接头的界面结构和连接温度对界面结构及连接性能的影响,并对连接界面反应层的形成机制进行探讨.结果表明,GH99/Ti/TiAl的界面结构为：GH99/（Ni,Cr）ss/富Ti-（Ni,Cr）ss/TiNi/Ti2Ni/α-Ti＋Ti2Ni/Ti（Al）ss/TiAl＋Ti3Al/TiAl;随着连接温度的升高,各反应层厚度增加,接头的抗剪强度先增加后减小;在连接温度1 173 K,连接时间30 min,连接压力20 MPa时,抗剪强度最高为260.7 MPa.     

Ti/Cu/Ti复合中间层扩散连接TiC-Al2O3/W18Cr4V接头组织分析

通过添加Ti/Cu/Ti复合中间层,控制加热温度1 130 ℃,保温1 h,连接压力15 MPa,实现陶瓷基复合材料TiC-Al2O3 与高速钢W18Cr4V的真空扩散连接,TiC-Al2O3/W18Cr4V接头抗剪强度达103 MPa.采用扫描电镜、X射线衍射、电子探针等测试方法分析了TiC-Al2O3/W18Cr4V扩散连接接头的微观组织结构和显微硬度分布.结果表明,Ti/Cu/Ti复合中间层与两侧基体TiC-Al2O3和W18Cr4V发生扩散结合,形成均匀致密、宽度为90 μm的扩散过渡区,过渡区显微硬度从3 400 HM逐渐降低到1 000 HM,形成的相结构主要有Ti3Al, CuTi2, Cu和TiC.     

TiAl合金与置氢0.5% TC4钛合金的扩散焊接工艺

对TiAl合金直接扩散焊接和使用置氢0.5%(质量分数) TC4钛合金与TiAl合金的扩散焊接开展了研究,使用了SEM,EDS,XRD和抗剪强度试验等方法分析了焊接接头的组织和性能,研究了焊接温度、连接时间和焊接压力对接头界面及力学性能的影响。结果表明,当工艺参数为1 473 K/60 min/30 MPa时,TiAl合金直接扩散焊接界面孔洞完全消失,接头抗剪强度达到285 MPa;采用置氢0.5% TC4钛合金作为中间层扩散焊接TiAl合金时,当工艺参数为1 123 K/30 min/15 MPa时,扩散焊接界面的孔洞消失,并有一定厚度的反应层生成,接头抗剪强度可达290 MPa,断口界面相组成主要为TiAl,Ti3Al,TiAl2和Ti3Al5等脆性相;相对于TiAl合金直接扩散焊接,采用置氢0.5% TC4合金为中间层扩散焊接TiAl合金能大幅降低TiAl合金扩散焊接工艺参数。     

置氢TC4钛合金与TiAl合金的扩散连接研究

分别对Ti Al合金与TC4钛合金、置氢0.5 wt%的TC4钛合金进行了扩散焊接试验。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、能谱分析仪对接头界面进行了分析,并开展了抗剪强度试验。结果表明,在焊接温度为850℃,连接压力为15 MPa的工艺参数下,当保温时间为5 min时,连接界面存在细小孔洞;当保温时间为15 min时,置氢TC4钛合金的界面孔洞消失,并且产生一定厚度的反应层:保温时间达到30 min时,置氢TC4钛合金与Ti Al合金接头的连接强度平均可达290 MPa。断口分析表明,界面组织主要由Ti Al、Ti_3Al、Ti Al_2和Ti_3Al_5相组成。在相同的扩散焊接工艺规范下,置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度明显高于未置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度。     

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.     

V/Nb复合中间层热等静压扩散连接钢/钨接头的组织与性能

采用V/Nb复合中间层成功实现了钢/钨热等静压扩散连接,并对高温低压(1 050 ℃, 20 MPa)和低温高压(950 ℃, 100 MPa)条件下形成的接头界面结构及连接强度进行了探究. 结果表明,高温低压组和低温高压组接头均呈W/Nb/V/钢四层结构,抗剪强度分别为96.9 MPa和104.2 MPa,断裂位置均为无明显化学反应发生在Nb/V界面. 与高温低压组相比,降低连接温度并提高连接压强在一定程度上有助于形成高致密度的连接接头,但不能促进薄弱界面(Nb/V)的元素扩散并显著提高接头的连接强度.     

TC4/ZQSn10-2-3直接扩散连接

对TC4/ZQSn10-2-3直接扩散连接进行了深入的试验分析.试验发现,连接温度和连接时间对接头抗剪强度具有相似的影响规律,在最佳工艺参数(830℃/10MPa/15min)下,接头抗剪强度最大可达102MPa.直接扩散连接接头结合区分为I区由CuSn3Ti5和Pb质点组成;II区由CuSn3Ti5,Cu3Ti和Pb质点组成;III区主要由β-Ti组成;IV区主要由α-Ti组成,同时还有少量β-Ti;TC4/ZQSn10-2-3直接扩散连接接头断口为脆性断口,断口表面相组成主要是CuSn3Ti5和Cu3Ti及析出的Pb质点.结果表明,断口表面相组成是造成接头力学性能不高的主要原因.     

TiAl/Ti/Nb/GH99扩散连接接头的界面组织结构及接头强度

采用Ti/Nb复合中间层对TiAl与镍基高温合金(GH99)进行扩散连接.采用扫描电镜、电子探针和X射线衍射等手段对连接接头的生成相及界面组织结构进行分析,采用抗剪强度测试对接头的连接强度进行评价.结果表明,GH99/Nb/Ti/TiAl的典型界面结构为GH99/(Ni,Cr)ss/Ni3Nb/Ni6Nb7/Nb/(Ti,Nb)ss/α-Ti+(Ti,Nb)ss/Ti3Al/TiAl.当连接温度为900℃,连接时间为30 min,连接压力为20 MPa时,所得接头抗剪强度最高为273.8 MPa.随着连接温度的升高,界面组织结构及反应层厚度发生变化.当连接温度T>900℃时,界面处生成对接头强度有不利影响的Ni6Nb7反应层;根据试验结果,进一步分析了各反应层的形成过程,揭示了GH99/Nb和Nb/Ti/TiAl的界面扩散反应机制.     

碳化硅复合材料与碳钢钎焊接头的抗剪强度及微观结构

采用磁控溅射镀膜技术对碳/碳化硅复合材料(C/SiC)表面进行镀Ti金属化,以AgCu₂₈为钎料,无氧铜为中间层与碳钢进行钎焊连接. 研究无氧铜中间层、Ti膜厚度和钎焊温度对接头组织形貌和力学性能的影响. 结果表明,采用无氧铜中间层可有效降低接头的残余应力,提高接头强度,并阻挡C/SiC复合材料中的Si元素在钎焊过程中扩散至碳钢侧,防止了碳钢界面FeSi_x恶性反应层的形成. 在试验范围内,钛膜厚度和钎焊温度与接头抗剪强度之间均存在峰值关系. 860 ℃,3 μm Ti膜接头平均抗剪强度最高,达到25.5 MPa. 由剪切试样碳钢侧断口,可观察到大量平行断口方向的碳纤维和碳纤维脱粘坑. 断裂发生在C/SiC复合材料内部距界面约300 μm处. C/SiC界面反应产物以Ti₅Si₃为主,含少量TiC. 钎缝中有TiCuSi相生成.     

硬质合金与钢电子束焊接接头组织及性能

通过预置镍基金属填充层进行了硬质合金与钢的偏钢侧电子束焊接,获得了无裂纹缺陷的焊接接头.焊接接头为“半钉形”熔-钎焊接头,硬质合金/焊缝界面及钢/焊缝界面均形成了较好的冶金结合,且硬质合金母材发生微熔,部分WC颗粒进入焊缝中.结果表明,硬质合金侧界面处获得了y(Fe,Ni)固溶体组织和以W2C及Fe3W3C为主的“鱼骨状”碳化物组织,钢侧热影响区为典型的马氏体组织.焊缝中含有较多的Fe,Ni元素,且Ni元素向硬质合金侧界面处发生了扩散；接头最高抗拉强度可达560 MPa,最高抗剪强度达到460 MPa,断口为明显的准解理断口.     

钎焊时间对K9玻璃/B2O3-Bi2O3-TiO2/纯钛钎焊接头组织和性能影响

采用B₂O₃,Bi₂O₃,TiO ₂ 混合钎料,通过钎焊连接方法实现K9玻璃与纯Ti在低温下的连接;通过光学显微镜和SEM等方法研究钎焊时间对接头界面组织及性能的影响. 结果表明,当B₂O₃:Bi₂O₃:TiO₂成分为5:4:1时,钎焊温度为650 ℃,保温时间分别为60,80和100 min时,抗剪强度分别为11.5,15.1和12.1 MPa. K9玻璃/钎料结合致密,且存在反应层,而纯Ti/钎料侧界面平直,没有明显的过渡层和熔解现象. 接头断裂一种为完全断裂在金属与钎焊层的脆性断裂,抗剪强度为11.5 MPa;另一种为部分断裂在金属与钎焊界面处,部分断裂在玻璃侧的混合断裂,混合断裂接头抗剪强度最高为16.7 MPa.     

HIP diffusion bonding of P/M titanium alloy Ti-6Al-4V and stainless steel 1Cr18Ni9Ti

The HIP diffusion bonding of P/M titanium alloy Ti-6A1-4V and stainless steel 1Cr18Ni9Ti using pure Ni as intermediate layer was studied. Bonding joint with complex bonding interface was obtained by HIPing pre-alloyed Ti-6Al-4V powders and stainless steel 1Crl 8Ni9Ti in a vacuum canning. The joint strengths were examined and the characteristics of bonding joint were observed. The result shows that the maximized strength of HIP diffusion bonding between P/M titanium alloy Ti-6Al-4V and stainless steel 1Cr18Ni9Ti can be up to 388 MPa and the microstructure of bonding joint is acceptable.     

钛合金与不锈钢真空热轧连接界面微观结构及性能

完成了TC4钛合金与304不锈钢的直接真空热轧连接,连接界面微观结构的研究结果表明,当压缩率20%,轧制速度0.038 m/s时,轧制温度800℃时连接界面存在未连接的孔洞,轧制温度850℃时连接界面形成了三层金属间化合物层,其中富铬层硬度约为母材钛合金硬度的2倍,轧制温度900℃时连接界面产生了金属间化合物层之间或金属间化合物层与母材之间的开裂现象.轧制温度850℃时接头抗拉强度最高,可达77.33 MPa.拉伸试样均为脆性断裂,不锈钢一侧的断口存在γFe,Cr,Fe₂Ti,σ和Cr₂Ti.     

TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢扩散连接界面组织结构对接头强度的影响

研究了TiAl/Ti/V/Cu/40Cr钢的扩散连接，结果显示：在TiAl/Ti界面处形成了对接头强度有利的Ti3Al TiAl双相层及Ti固溶体层，而Ti/V/Cu/40Cr界面处未出现金属间化合物及其它脆性相，接头最高拉伸强度可达420MPa，接近TiAl母材。     

HIP joining of RAFM/RAFM steel and beryllium/RAFM steel for fabrication of the ITER TBM first wall

One of the main research and development issues concerning the test blanket module (TBM) is the development of joining technologies for fabrication of the first wall. The objectives of the present study are to investigate the effects of thermal history corresponding to the TBM fabrication process on reduced activation ferritic martensitic (RAFM) steel microstructure, and to establish the appropriate hot isostatic pressure (HIP) conditions for the fabrication of RAFM/RAFM steels and beryllium (Be)/RAFM steels joints without degradation of the mechanical properties of the RAFM steel or delamination of the joined interface. In this study, RAFM and RAFM steels were joined by HIPing at 1050 °C under 100 MPa for 2 h. During the HIP process, the thermally altered microstructure and mechanical properties were recovered to the as-received state by subsequent normalizing at 950 °C for 2 h and tempering at 750 °C for 2 h. Be and RAFM steels were also bonded successfully by the application of Ti/Cu interlayers and HIPing at 850 °C under 100 MPa for 2 h.     

Be/CuCrZr合金扩散连接的界面行为

在不同表面粗糙度的Be侧镀Ti/Cu中间层,采用热等静压技术将铍与CuCrZr合金进行扩散连接。通过AES、SEM(EDS)、室温剪切试验和XRD等分析其镀层形貌及成分、界面特性与相结构。结果表明:9μmTi、35μmCu镀层带征较为均匀,影响扩散连接强度的元素较少,采用双靶单侧镀复合膜的工艺有利于减少Ti镀层的氧化;界面剪切强度明显提高,最高可达243MPa,Be表面粗糙度的不同对强度影响不明显;Be-Ti连接强度高,剪切断裂均发生在Cu镀层。     

钛合金与不锈钢超塑性扩散连接工艺及机理研究

基于微细晶超塑性扩散连接方法,对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢成功实现了直接扩散连接,系统分析了接头性能、界面微观结构及超塑性扩散连接机理。结果发现：TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢直接超塑性扩散连接时,较佳连接工艺规范为：温度T=760~820 ℃,压力p=6~9 MPa,时间t=20~40 min;接头剪切强度τ＝125.3~148.7 MPa。与一般直接扩散连接相比,连接温度降低了约100 ℃,接头的剪切强度提高了1倍以上,且连接试样无明显变形。细化热处理TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢超塑性扩散连接时,其接头的形成过程大致可分为3个阶段：形成紧密接触阶段、接触表面激活阶段及靠近活化中心的界面冶金结合区形成阶段。     

W6高速钢/16Mn钢电子束焊接接头组织及性能分析

高速钢作为一种高硬度、高耐磨性和高耐热性特殊工具钢,应用于刀具、模具及特殊结构件上时,往往需要结合异种钢使用. 但高速钢焊接工艺研究仍不成熟,焊接中产生的裂纹与碳化物缺陷是制约高速钢应用的主要因素. 文中通过对W6Mo5Cr4V2高速钢与16Mn钢预置镍填充层后进行电子束焊接. 结果表明,镍中间层的引入有效的抑制了高速钢侧热影响区的开裂,接头呈不对称“漏斗形”. 焊缝组织主要由镍基固溶体与少量M₂C碳化物构成,焊缝中无马氏体组织,其焊缝平均硬度为185 HV;接头抗拉强度达到378 MPa,为16Mn侧母材抗拉强度的75%. 拉伸断口断裂于距W6侧熔合线0.8 mm处的热影响区,为准解理断裂.     

Vacuum diffusion bonding of Ti2AlNb alloy and TC4 alloy

The Ti₂AlNb alloy was joined with TC4 alloy by vacuum diffusion bonding. The relationship between bonding parameters, and joint microstructure and shear strength was investigated. The results indicated that the diffusion of Al, Ti, Nb and V elements across bonding interface led to the formation of three reaction layers: B2/β layer and α₂ layer on the TC4 side, and α₂+B2/β layer on the Ti₂AlNb side. The bonding temperature determined the atomic activity, thus controlling the growth of reaction layers and influencing the shear strength of the joint. When the Ti₂AlNb alloy and TC4 alloy were bonded at 950 °C for 30 min under 10 MPa, the shear strength of the joint reached the maximum of 467 MPa. The analysis on the fracture morphology showed that the fracture occurred within the B2/β layer and the fracture model was ductile rupture. Meanwhile, the formation mechanism of the Ti₂AlNb/TC4 joint was discussed in depth.