TC4钛合金钎焊工艺与接头组织性能研究

TC4钛合金是一种中等强度的α-β型双相钛合金,具有优异的综合性能,长时间工作温度可达到400℃。文中针对TC4钛合金复杂精密构件设计制造可能的需求,采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料对TC4合金进行了真空钎焊。通过扫描电镜与能谱等手段,对钎焊接头界面的元素分布及钎焊接头的组织进行分析;同时测试了接头室温和高温力学性能。试验结果表明,采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料钎焊TC4钛合金合理可行;采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料930℃/10 min钎焊TC4钛合金的钎焊接头,通过930℃/40 min扩散处理后,钎焊接头室温、高温400℃和600℃抗拉强度分别达到930 MPa、610 MPa、400 MPa;基本等强于同一热循环的母材抗拉强度。采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料930℃/10 min钎焊TC4钛合金的钎焊接头,通过930℃/40 min扩散处理后,其钎焊接头的冲击性能有明显提高。     

钛合金TC6与TC11高频感应钎焊工艺

以B-Ti57CuZrNi-S为钎料,在氩气保护气氛下对TC6/TC11钛合金进行高频感应钎焊工艺实验研究。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等测试方法,分析气体保护流量、流态以及工艺参数对焊接界面形貌、接头组织及元素分布的影响,并测试接头的抗拉强度。结果表明,钎焊界面主要由富Ti的β-Ti固溶组织和Cu-Ti、Ni-Ti以及(Cu,Ni)Ti/Zr组成的金属间化合物相组成。钎焊接头的抗拉强度随钎焊温度的升高或保温时间的延长,呈现先升高后降低的趋势,接头最高强度可达433MPa。TC6/TC11钛合金高频感应钎焊优化工艺参数带为:焊接温度910℃~930℃,保温时间120~150 s,Ar气保护流量1 MPa。     

SP700/TC4钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺分析

采用非晶态Ti-Zr-Cu-Ni箔带钎料对SP700/TC4钛合金蜂窝结构进行钎焊工艺研究,分析了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和力学性能的影响. 结果表明,当钎焊温度在875～890 ℃之间变化时,随温度升高,钎焊接头中元素扩散更为充分,接头拉脱强度持续增长;在890 ℃下保温2～4 h不同时长进行钎焊,接头的拉脱强度先逐渐增加,在保温时间为3.5 h时达到最大值,随后逐渐降低. 获得SP700/TC4钛合金蜂窝结构的较优钎焊工艺为890 ℃/3.5 h,该工艺下钎焊接头的室温拉脱强度、三点弯曲强度、平面压缩强度、L及W方向抗剪强度分别达到14.64,224.05,11.21,4.43及3.76 MPa,破坏部位均为TC4蜂窝芯.     

TC4/Ti60合金钎焊接头界面组织及力学性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TC4和Ti60异种钛合金的真空钎焊连接,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构及力学性能的影响. 结果表明,TC4/TiZrNiCu/Ti60钎焊接头的典型界面结构为:TC4/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/Ti60. 随着钎焊温度升高或保温时间延长,片层状α+β相逐渐填充整条钎缝,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少且分布更加均匀. 接头室温抗拉强度随钎焊温度或保温时间的增加均先增大后减小,在990 ℃/10 min钎焊条件下所获接头抗拉强度达到最大为535.3 MPa. 断口分析结果表明,断裂位于钎缝中,断裂方式为脆性断裂.     

CuMnNiSi钎料钎焊不锈钢接头组织性能研究

采用新型的Cu-Mn-Ni-Si钎料真空钎焊2Cr13不锈钢,研究了钎焊温度和保温时间对接头组织和室温力学性能的影响.结果表明:钎焊接头组织由钎缝中心区Cu-Mn基固溶体和钎缝界面反应区的(Fe,Ni,Mn)- Si化合物组成.随着钎焊温度的增加,钎缝界面处化合物层厚度减小,Cu-Mn基固溶体相应增多,接头室温剪切强度随之增加,在钎焊时间15min、钎焊温度1050℃时达到321 MPa.在钎焊温度1000℃时,接头室温剪切强度随着钎焊保温时间的延长先增加后降低,在钎焊保温时间30min时取得最大值305 MPa.     

不同钎焊料对3003铝合金焊接接头组织与性能的影响

配制4种成分的Al-Si-Cu-Zn钎料,通过差热分析、润湿性试验、钎焊试验、钎焊接头拉伸强度试验及接头组织观察。结果表明,钎焊料合理的钎焊温度为经60 min升温到520℃保温30 min+560℃保温20 min;随着钎料中含Cu、Si、Zn量的增加,焊接接头的强度随之升高,最高可达到57 N/mm2。     

TC4钛合金真空钎焊接头组织与高温性能

采用高钛含量的粉状Ti-Zr-Ni-Cu钎料实现了TC4钛合金的真空钎焊,分析了不同工艺参数对接头高温(600℃)抗拉强度的影响,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析等方法研究了钎焊接头界面组织,确定了界面反应产物及其形态分布.结果表明,在界面反应层中生成五种产物:钛基固溶体、Ti₂Ni,Ti₃Al,CuTi₃,Zr₂Ni.随着钎焊温度和加热时间的增加,接头抗拉强度呈现先增大再降低的趋势,当钎焊温度为950℃和保温时间为30 min时,获得最大高温(600℃)抗拉强度为387 MPa的钎焊接头.     

TC4钛合金钎焊接头的组织与性能

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钎料对TC4钛合金进行了钎焊,钎焊温度为900 ℃,保温时间分别为30、60和90 min。结果表明,在900 ℃时该钎料可润湿TC4母材,润湿角平均值为16.7°。保温时间为90 min时,钎焊界面中心处钎料元素已扩散得较充分,与钎料合金成分相比,Zr元素由37.5%降低至1.79%,Cu和Ni元素分别由15%和10%降低至1.66%和1.64%。TC4钛合金钎焊试样的室温抗拉强度平均值为1007.6 MPa,多数试样断于母材,属于微孔聚合机制导致的断裂失效。     

ZrO_2陶瓷与TC4真空钎焊接头组织和性能

由于陶瓷-金属构件能够实现性能互补,其钎焊技术和接头可靠性已经成为研究热点,包括钎料选用、炉中气氛控制,以及工艺参数优化等。文中采用Ag70-Cu-Ti4.5钎料进行了ZrO_2陶瓷和TC4合金的真空钎焊连接,研究了钎焊温度与保温时间对钎焊接头四点弯曲强度与界面组织结构的影响。结果表明,最佳钎焊工艺参数为钎焊温度875℃,保温时间15 min,钎焊接头强度最高可达191.9 MPa,但钎焊温度的较小变化会引起接头强度的急剧下降。从钎料中溶解的Ti和Cu元素对ZrO_2/TC4钎焊接头的组织演变具有主要影响,钎焊接头界面组织为ZrO_2/TiO+Cu_2Ti_4O+Cu_4Ti_3/Ag+Cu_3Ti_3O/Ti_2Cu_3/Ti_2Cu_3+CuTi_2/CuTi_2+CuTi_3/TC4。在一定范围内,反应层厚度增大,界面组织细小均匀,可以获得较好的接头性能。     

TC4/30CrMnSiNi2A钎焊接头组织与力学性能分析

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni和 Ag-Cu28两种钎料分别对TC4钛合金/30CrMnSiNi2超高强钢异种材料进行了钎焊,对钎焊界面组织以及接头的力学性能进行了分析。结果表明：Ag基钎料钎焊TC4与30CrMnSiNi2A异种材料时,钎缝界面组织为Ag(s,s)+Ti-Cu系化合物组成;因Ag固溶体的存在,钎缝具有一定的韧性,接头剪切强度较高,剪切断口呈现出韧性断裂特征。Ti基钎料钎焊TC4与30CrMnSiNi2A异种材料时,钎缝界面组织为Ti-Zr固溶体+未完全反应凝固钎料,钎缝显微硬度较高,接头剪切强度较低,呈现出脆性断裂特征。Ag基钎料TC4/30CrMnSiNi2A异种材料钎焊接头力学性能明显优于Ti基钎料结果,在钎焊温度830℃,保温时间15min时,剪切强度为125.52MPa。     

钎焊工艺参数对TC4钛合金钎焊接头组织及性能的影响

在钎焊温度为780～900℃,钎焊时间为2～30 min的条件下,采用Ag-28Cu钎料对TC4钛合金进行了真空钎焊试验。利用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对接头微观组织进行了研究。结果表明,接头形成3个反应区:扩散区Ti_2Cu+Ti(s.s)、界面反应区Ti_2Cu/TiCu化合物以及钎缝中心区的Ag(s.s)+Cu(s.s)。随着钎焊温度的提高和保温时间的延长,扩散区及界面层的厚度增加,但过高的工艺参数会导致钎料流失从而使钎缝宽度降低。在钎焊温度为820℃,保温时间为10 min时,钎焊接头的抗剪强度最高,为121 MPa。     

奥氏体不锈钢与纯铜的真空钎焊工艺研究

采用BAg72Cu共晶钎料对奥氏体不锈钢与纯铜的真空钎焊工艺进行研究.通过剪切试验、光学显微镜观察、扫描电镜及能谱分析等手段研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和性能的影响.试验表明,钎缝中心区为AgCu共晶组织,两侧界面反应区为铜基固溶体,钎焊温度对钎焊接头的组织和性能影响明显,而保温时间对其影响不明显.当钎焊温度865℃、保温时间10min时,剪切强度最高,达到160 MPa.钎焊温度过低时,冶金作用较弱,接头强度较低;钎焊温度过高时,钎料流淌较多,接头强度也较低.以865℃为钎焊温度,改变保温时间,在10～45 min保温时间内接头的剪切强度变化不大.     

纯铜真空钎焊接头的组织及力学性能研究

利用快速凝固技术和传统铸造技术分别制备出成分相同的Cu-Ni-Sn-P非晶薄带钎料和普通钎料,将2种钎料在4种钎焊温度(660,670,680,690℃)和3种保温时间(5,10,15 min)下与纯铜进行真空钎焊试验,借助DTA,XRD,EDS和金相显微镜探讨了钎焊接头的界面微观组织结构及断口形貌,并通过拉伸试验评价了接头强度.研究结果表明:在680℃,15 min条件下,接头抗拉强度最高,非晶钎料的接头抗拉强度明显优于普通钎料,界面反应层由扩散区、残余钎料区组成.随着保温时间的延长和钎焊温度的升高,扩散深度增加,冶金作用增强,在基体深度方向明显表现为沿晶界优先渗透.     

B4C-TiB2-SiC-TiC复合陶瓷钎焊接头微观组织及力学性能

采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B4C复合钎料对高性能B4C-TiB2-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接,分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为,研究了钎焊温度、保温时间以及B4C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明：钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性,界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间,反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长,BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚,钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织,钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B4C含量的增加,接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低,钎缝区域组织得到细化,接头强度先升高后降低。当添加B4C颗粒含量为1wt.%,钎焊温度890℃,保温时间15 min时,钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。     

Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo钎料的特性及其钎焊γ-TiAl接头的研究

采用SEM、EDS、XRD、TEM、DSC等对晶态和快速凝固Ti-25.65Zr-13.3Cu-12.35Ni-3Co-2Mo钎料的显微组织、熔化特性及相应钎焊γ-TiAl接头的界面显微组织进行了分析,并检测了钎焊接头的抗拉强度。结果表明:快速凝固Ti-Zr-Cu-Ni-Co-Mo钎料呈非晶态,其熔化区间比相应晶态的明显窄,且在γ-TiAl表面具有良好的润湿铺展性能。晶态和非晶态2种钎料的钎焊接头均包含界面反应层Ⅰ和中心钎焊层Ⅱ;当钎焊时间为10 min、钎焊温度为925~1050℃时,随钎焊温度的升高,2种钎料的接头的抗拉强度均先增大后减小,且非晶钎料钎焊接头具有更高的抗拉强度。采用非晶钎料经1000℃钎焊10 min获得的接头的抗拉强度最大,为302 MPa。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ti6Al4V钛合金真空钎焊工艺研究

采用Ag-Cu-Ti钎料进行Ti6Al4V(TC4)钛合金和1Cr1 8Ni9Ti不锈钢的真空钎焊,观察分析了其在钎焊温度为790～870℃和保温时间为1和3min时钎缝界面微观组织和成分分布.研究结果表明,钎缝宽度随着钎焊温度的升高而降低,随着保温时间的增加而增加;扩散层厚度随着保温时间的增加而增加.Ti是焊缝中反应物多少的决定因素.在钎焊温度790℃,保温3min时能得到较好的焊缝组织,界面无裂纹出现.     

Cu—Ni—Be合金与T2铜真空钎焊及热处理一体化工艺研究

通过SEM、EDS、金相显微镜及拉伸试验分析了不同钎焊温度下钎焊接头的显微组织及性能特征,研究了保温时间对经真空钎焊、淬火复合工艺及时效处理后母材Cu-Ni-Be合金和接头组织及性能的影响.结果表明,钎焊温度对母材与钎料间的冶金作用影响明显,钎焊温度为935℃时,钎焊接头抗拉强度最高达228MPa;除10 min外,随着保温时间的延长,接头及母材性能变化不明显,热处理后接头性能较退火态有所下降;采用CuMnNi钎料进行Cu-Ni-Be合金与T2铜真空钎焊及热处理一体化工艺能够恢复母材性能的92%,接头强度达144MPa.     

基于含In银基钎料连接Si_3N_4陶瓷/不锈钢的性能及组织分析

采用Ag-Cu-In-Ti钎料连接Si_3N_4陶瓷和3D打印316L不锈钢,研究了Si_3N_4陶瓷/Ag-Cu-In-Ti/Cu/Ag-Cu-In-Ti/316L不锈钢接头界面组织结构。随着钎焊温度的升高,钎焊中间层Cu箔不断被消耗,陶瓷侧和316L不锈钢侧的反应层厚度增加,钎料扩散加剧,钎焊接头的室温4点抗弯强度先增加后降低;随着钎焊中间层Cu箔厚度从0增加到200μm,钎焊接头连接更为紧密,接头处的裂纹消失,钎焊接头4点抗弯强度显著提升。随着钎焊保温时间的增加,钎焊接头4点抗弯强度先提高后降低,最优的钎焊工艺参数为加热温度800℃,保温时间10 min,中间层Cu箔的厚度为200μm。     

Cf/SiC复合材料与钛合金(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合-扩散连接

采用(Ti-Zr-Cu-Ni)+W复合钎料作为连接层,在连接温度930℃,保温时间5min的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与钛合金.利用SEM,EDS和XRD分析接头微观组织结构,利用剪切试验测试接头力学性能.结果表明,钎焊时复合钎料中的钛、锆与C/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面生成Ti3SiC2,Ti5Si3和少量TiC(ZrC)化合物的混合反应层,连接层的铜、镍与钛合金中的钛发生相互扩散,在连接层与钛合金界面形成Ti-Cu化合物过渡层.对钎焊接头进行900℃,保温60 min扩散处理后,连接层组织达到均一化,母材TC4合金侧过渡层增厚.扩散处理后接头强度为99 MPa,较钎焊接头强度65 MPa提高了52％.     

两种钎料对不锈钢钎焊接头组织和力学性能的影响

采用四号锰基钎料真空钎焊2Cr13不锈钢,研究了钎焊温度对其接头组织和室温及高温剪切强度的影响,并与Ni-Cr-P钎料钎焊不锈钢接头进行了对比.结果表明:四号锰基钎料钎焊接头组织由Mn-Ni基的单相Mn-Ni-Cu-Fe-Cr-Co固溶体组成,接头室温剪切强度随着钎焊温度的升高逐渐增加;Ni-Cr-P钎料钎焊接头组织由Ni-Fe基固溶体和Ni(Cr,Fe)-P化合物组成,接头室温剪切强度低于四号锰基钎料钎焊接头的室温剪切强度.当测试温度超过500℃时,Ni-Cr-P钎料钎焊接头的高温剪切强度降低幅度不大,四号锰基钎料钎焊接头降低明显,但仍高于Ni-Cr-P钎料钎焊接头的高温剪切强度.