TC4/Ti_2AlNb异种合金扩散连接接头组织与性能研究

在T=900、950℃,P=15 MPa,t=100 min的工艺条件下,对TC4和Ti_2AlNb进行扩散连接。利用扫描电子显微镜(SEM)和电子万能试验机对接头的显微组织、断口形貌及力学性能进行测试分析。结果表明:非真空条件下对TC4合金和Ti_2AlNb基合金进行扩散连接是可行的。900℃时,接头扩散层结构为:B2/O/α_2相区(Ti_2AlNb侧)+α/α_2相区(TC4侧)+β/α'片层(TC4侧)+α_p初生相(TC4侧)。拉伸试样在界面发生脆性断裂,抗拉强度为804 MPa,伸长率仅为7%。950℃时,扩散层结构为:B2单相区(Ti_2AlNb侧)+α/α_2相区(TC4侧)+β/α'片层(TC4侧)+α_p初生相(TC4侧),拉伸时试样在Ti_2AlNb侧发生韧性断裂,抗拉强度达到926 MPa,伸长率为21%。表明随着连接温度的升高,原子扩散更加充分,扩散层厚度增加,接头质量更好。     

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.     

Ti_2AlNb合金表面等离子渗铝层的摩擦性能

利用双层辉光等离子冶金技术在Ti2Al Nb合金表面制备渗铝层,分析了渗铝层的成分、显微组织及相结构,测定了渗层的硬度分布,评价了室温干滑动磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在Ti2Al Nb合金表面形成约4μm的沉积层和6μm合金扩散层。扩散层中的硬度随渗层厚度呈梯度递减。渗铝层的磨损率为0.18×103mg/N·m,仅是基体的0.67倍,磨损机理属于轻微磨损,可见,双辉等离子渗铝在一定程度上提高基体材料的耐磨性。     

焊接工艺对Ti_2AlNb合金焊接接头组织和性能的影响

采用光学显微镜、拉伸试验机、扫描电镜及显微硬度计研究了激光焊、氩弧焊及电子束焊3种焊接工艺对Ti_2Al Nb合金焊接接头组织和性能的影响。结果表明,激光焊试样焊缝组织为O相和B2相的双相组织,氩弧焊试样焊缝主要由α_2相、B2相和较少的O相构成,电子束焊试样热影响区主要由B2相和O相组成,焊缝主要由O相组成;Ti_2Al Nb合金经激光焊后可获得最优的室温拉伸性能和最高室温显微硬度,其抗拉强度为1003 MPa,规定塑性延伸强度为912 MPa,伸长率为5.5%,室温显微硬度平均值为475 HV0.2;经电子束焊后可获得最优的高温拉伸性能,其抗拉强度为240 MPa,规定塑性延伸强度为177 MPa,伸长率为13.5%。     

热处理对Ti_2AlNb合金电子束焊接接头组织和性能的影响

采用光学显微镜、拉伸试验机及显微硬度计研究了热处理对Ti_2Al Nb合金电子束焊接接头组织与性能的影响。结果表明,Ti_2Al Nb合金电子束原始焊接组织由α2相、B2相和O相组成,经不同温度的热处理获得不同形态的O相,以强化焊缝强度。经850℃×2 h炉冷热处理后室温和高温力学性能最佳,韧性也最佳。Ti_2Al Nb合金电子束焊接接头经850℃热处理可提高焊缝显微硬度,断口呈现解理断裂和韧窝断裂相结合的特征。     

SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料制备及组织性能

针对目前航空航天材料结构轻量化的要求,以连续SiC纤维、Ti箔和Ti_2AlNb箔为原材料,基于真空热压技术,采用Foil-Fiber-Foil法,通过优化制备工艺,获得SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料。利用扫描电镜和能谱分析仪对制备的复合材料界面微观组织进行分析,通过密度测试和拉伸试验计算材料的比强度和比刚度。结果表明,在920℃、40 MPa下保温保压1 h,可获得理想的SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料,SiC纤维排布均匀,Ti/Ti_2AlNb界面平直。其中,SiC/Ti界面为0. 8μm的TiC,而Ti/Ti2AlNb界面为α+β双相组织和富B2相,均形成良好的冶金结合,有利于载荷传递,保证材料性能。与Ti/Ti_2AlNb相比,制备的SiC_f/Ti/Ti_2AlNb叠层复合材料的比强度和比刚度分别提高了约16%和28%,实现了材料结构的轻量化。     

Ti_2AlNb基合金固态扩散连接工艺

采用真空热压扩散工艺,进行Ti2AlNb基合金的固态扩散连接,利用扫描电子显微镜及拉伸试验,对连接界面进行了组织和性能分析。结果表明:Ti2Al Nb基合金扩散连接对连接温度十分敏感,当温度为950℃时,合金的抗强度最大且拉伸断口由大量等轴状韧窝组成,具有典型的韧性断裂特征;增大连接压力有利于界面冶金结合,但实际中希望压力尽可能小;保温时间决定扩散层深度,当保温时间为120 min时,扩散层深度约为2μm,连接面实现了良好的冶金结合。通过实验确定了较佳连接工艺规范为温度950℃,压力10~15 MPa,时间120 min。     

Ti_2AlNb合金表面等离子渗铝层的抗高温氧化性能

利用双辉等离子表面冶金技术在Ti2AlNb合金表面制备渗铝层,测定渗铝样品和空白样品在650,750和850℃下空气中的氧化增重动力学数据,通过线性拟合获取试样在不同温度下的氧化速率常数。采用SEM和XRD分析氧化膜的组成与结构。探讨高温下渗铝层提高Ti2AlNb合金抗高温氧化性能的机理。结果表明:双辉等离子渗Al后,在Ti2AlNb合金表面形成梯度渗铝层,显著地提高了Ti2AlNb合金在高温下的抗氧化性能。在各实验温度下,渗铝样品的氧化曲线近似呈抛物线规律,其平均氧化速率都低于所对照的空白样品。在850℃氧化100 h后,渗铝样品表面形成致密的保护性富Al2O3膜,有效地阻止膜层内部进一步氧化。中间的扩散层也起到保护基体、改善晶间脆性的作用。     

Ti2AlNb合金瞬时液相扩散连接接头界面组织及性能分析

采用Ti/Ni作为中间层实现了Ti2AlNb合金的连接(transient liquid phase, TLP),研究了TLP连接接头的界面组织及其形成机制,并且分析了不同保温时间对接头界面组织和力学性能的影响规律. 结果表明,Ti2AlNb合金TLP连接接头主要表现为等温凝固区和冷却凝固区两个明显的特征区域. 接头的典型界面组织为Ti2AlNb/B2/Nb3Al+B2+τ3+Ti2Ni/ Ti2AlNb. 随着保温时间的延长,接头中Nb3Al和Ti2Ni相消失,τ3相不断减少,B2相不断增多. 当连接温度为1 180 ℃,保温时间为20 min时,接头的室温抗剪强度最大,达到428 MPa,高温(650 ℃)抗剪强度达到407 MPa. 接头的断裂主要发生在冷却凝固区的τ3相上.     

Ti_2AlNb/Ti6Al4V异种钛合金脉冲激光焊接接头微观组织与性能的研究

针对Ti_2AlNb/Ti6Al4V异种金属激光焊接接头力学性能较差的问题,采用脉冲激光与光束偏移相结合的方法对Ti_2AlNb/Ti6Al4V异种金属进行焊接。试验结果表明,当光束从Ti_2AlNb侧移动到Ti6Al4V时,接头的熔化区组织由B2相转变为针状马氏体α'相,Ti6Al4V侧热影响区的完全相变区宽度明显增加,Ti_2AlNb侧热影响区微观组织变化较小。同时熔化区区域的显微硬度从300 HV左右增加到410～420 HV,接头的拉伸强度增加到1017 MPa,伸长率增加到10.5%,断裂模式从脆性模式转变为延性模式。上述结果证明,脉冲激光与光束偏移的组合方法能够使接头具有更高的冷却速度,从而在熔化区形成针状马氏体α'组织,提高了接头的力学性能。     

激光增材制造Ti_2AlNb基合金的组织与性能

利用激光增材制造技术,分别在扫描速率为3、4、5 mm/s的条件下制备出Ti-22Al-25Nb合金薄壁试样,分析了3组试样的相组成、显微组织和力学性能。结果表明,激光增材制造Ti-22Al-25Nb合金显微组织由B2、O和α2相组成,随着扫描速率的增加,合金析出相体积分数和基体B2相平均晶粒尺寸呈现出减小趋势,合金室温、高温抗拉强度逐渐升高。扫描速率为5 mm/s时,所沉积材料的室温和750℃高温的抗拉强度最高,分别为1053 MPa和665 MPa;析出相体积分数和B2相平均晶粒尺寸最小,分别为72.52%和156μm。     

热加工对电子束焊接TC11/Ti_2AlNb双合金接头组织和性能的影响(英文)

研究热加工对电子束焊接TC11/Ti2Al Nb双合金接头显微组织的影响,对焊接件热暴露前后的室温拉伸性能进行测试。结果表明:电子束焊接TC11/Ti2Al Nb双合金熔合区主要由β相组成;经过变形和热处理后,熔合区主要由β、α2和α相组成,同时原始铸态的晶界在变形过程中破碎。在拉伸试验中,熔合区是薄弱区域;在不同的变形条件下,试样(热暴露前后)在此区域发生断裂。热处理后试样的最大室温拉伸强度达到1190 MPa;锻后水冷试样具有较好的塑性,其伸长率达到4.4%。相比较而言,经过(500°C,100 h)的热暴露后,试样的室温拉伸强度略有上升,但塑性变化较小。拉伸断口SEM观察显示,在不同变形条件下穿晶断裂为主要的断裂机制。     

变形量对Ti_2AlNb/Ti60双合金焊接接头组织和力学性能的影响

对经真空电子束焊接的Ti2AlNb/Ti60双合金件进行了不同变形量的近等温锻造及相同的热处理。采用OM观察接头的显微组织,并对其进行室温和高温拉伸试验。结果表明:变形量由20%升至40%,焊缝融合区组织细化、均匀化明显。变形量增至60%,焊缝融合区发生再结晶及晶粒长大。Ti60基体金属随变形量增大,显微组织等轴化趋势明显。20%和60%变形量条件下均有拉伸试样断裂在焊缝融合区。随变形量增大,焊接件强度先降低后升高,断裂在Ti60合金基体的试样塑性有增大趋势,其中断面收缩率值增加明显。     

放电等离子烧结制备SiC/Ti_3SiC_2复合材料

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,采用放电等离子烧结制备l了含20%(摩尔分数,下同)siC的SiC/Ti_3SiC_2复合材料,并研究了烧结助剂Al对该复合材料的性能影响.利用X射线衍射分析样晶相组成.运用扫描电镜分析材料的最微组织和断口形貌,并对试样的密度、硬度和抗弯强度进行了测定.结果表明,按Ti_3Si_(1.2)C_(2-)20%SIC和(Ti_3Si_(1.2)C_2-20%SIC)+2wt%Al进行成分配比,可制得纯度较高的Ti_3SiC_2-20%SiC复合材料,两者都含有少量未反应完全的石墨.未加Al的样品还含有微量的TiSi_2杂质;添加铝对样品的密度并没有明显影响,但对显微硬度有较大影响.含铝样品的显微硬度明显低于不含铝的样品;含铝和不含铝试样的三点抗弯强度分别为221.0、231.7 MPa.     

Ta对Ti_2AlNb基合金微观组织和高温性能的影响

对Ti Al Nb Ta系列合金的组织结构、高温拉伸力学性能进行了研究。结果表明 ,合金中Ta替代部分Nb ,提高了合金的 β/B2转变点温度 ,有利于细化合金的微观组织结构 ;随着Ta含量增加 ,Ti2 AlNb基合金在650℃的屈服强度增加。     

TiAl/Ti60电子束焊接接头组织及性能

对 TiAl/Ti60 异种材料进行电子束焊接,研究了其接头成形特点、焊缝组织、热影响区组织及接头力学性能.结果表明,TiAl/Ti60 电子束焊接时,接头的主要缺陷是存在宏观横向裂纹.焊缝组织快速冷却时主要形成的马氏体组织为针片状的α2 相,Ti60侧热影响区为针状α' 相,TiAl 侧热影响区为马氏体形貌.接头焊缝区硬度值较大,且熔合线两侧的硬度分布梯度较大.TiAl/Ti60 常规电子束焊接接头,接头的抗拉强度最大可达到 175.4 MPa,接头强度相对较低.拉伸断裂发生在 TiAl 侧熔合线附近,断裂为脆性断裂,断裂特征为穿晶断裂.

Abstract：

Electron beam welding experiments of TiAl/Ti60dissimilar joints were carried out. Microstructure and mechanical properties were studied. The results show that major defect in TiAl/Ti60 joint during electron beam welding is transverse crack. Weld zone is characterized by acicular α2 plates, HAZ near to Ti60 by acicular α' phase, and HAZ near to TiAl by martensite. Hardness in weld zone is relatively higher, as well as the hardness gradient along fusion line. Fracture during stretching occurs in the region near fusion line. Fracture mode is brittle fracture, which is characterized by transgranular fracture.     

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.     

Ti_2AlNb基合金热变形行为研究

在Gleeble-3500热模拟机上对Ti_2AlNb基合金进行了等温恒应变速率压缩实验,获得了该合金在应变速率为0.01~10 s-1、变形温度为900~1100℃时的流动应力,分析了热变形参数对流动应力的影响规律,计算了该合金的激活能。采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。误差分析表明,该本构方程具有较高的精度,可为Ti_2AlNb基合金在锻造过程中的数值模拟和制定热加工工艺参数提供理论依据。     

热处理对Ti2AlNb/Ti60双合金接头组织及性能的影响

以连接加变形后的Ti2AlNb/Ti60双合金为对象,研究锻后不同热处理制度对双合金接头显微组织和力学性能的影响.结果表明:热处理制度对Ti60合金侧热影响区的相组成影响较小,但对相的形态、尺寸和数量具有一定的影响;随着固溶温度的升高或固溶时间的延长,双合金试样的强度增加,塑性下降;经过990℃/1h+750℃/4h热处理后的Ti2AlNb/Ti60双合金焊缝组织得到优化,强度和塑性均高于Ti60合金基体,双合金试样在室温及600℃高温均表现出较好的强度与塑性匹配.     

Ti_2AlNb基合金制备方法研究进展

以Ti_2AlNb合金为研究对象,介绍了熔炼铸造、粉末冶金以及激光增材等制备方法,讨论了Ti_2AlNb基合金在制备过程中遇到的问题;重点介绍了激光增材制备Ti_2AlNb基合金及其表面处理技术;总结了Ti_2AlNb基合金的力学性能以及热处理工艺等方面的研究进展,总结概述了Ti_2AlNb基合金在显微组织、综合性能等方面取得的成果,提出Ti_2AlNb基合金在研究中亟待解决的问题,以及在工程应用中的主要瓶颈。