TA2/ Co13Cr28Cu31Ni28/ Q235脉冲TIG焊接头组织与性能

针对钢与钛之间因物化性能差异大,焊接过程易产生大量金属间化合物而难以实现可靠连接的问题,依据焊缝金属固溶高熵化思路,选用Co₁₃Cr₂₈Cu₃₁Ni₂₈高熵合金作为中间过渡层对TA2钛和Q235钢进行脉冲钨极氩弧焊,并对Co₁₃Cr₂₈Cu₃₁Ni₂₈高熵合金及接头的组织和性能进行分析研究. 结果表明,Co₁₃Cr₂₈Cu₃₁Ni₂₈主要是双相面心立方结构,分别为富Cu的晶间和晶内面心立方结构,强度和塑性良好;焊接接头两部分焊缝均成形良好,无气孔、裂纹等缺陷,焊缝组织均为简单的固溶体结构,Q235侧焊缝主要为面心立方结构相,TA2侧焊缝主要由简单的体心立方结构和面心立方结构相构成,以体心立方结构相为主;焊接接头抗拉强度为224 MPa,在TA2侧靠近高熵合金的熔合线处断裂,主要由于生成了脆性的Cr₃O₈,断口有较多韧窝和一部分解理面,为混合断裂,表现出一定的韧性断裂特征.     

Ta1/Ta8Ni30Cr20Cu42/0Cr18Ni9储能焊接头组织与性能

针对钽与钢之间因物化性能差异大,储能焊接头易产生脆性金属间化合物等问题,依据熔核金属高熵化技术思路,以等摩尔比的Ta₂₀Fe₂₀Ni₂₀Cr₂₀Cu₂₀合金为熔核目标成分,依据焊接过程两种母材熔合比折合得到Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂中间层合金,将其用于Ta1/0Cr18Ni9的储能焊连接. 结果表明,熔核金属的高熵合金化可有效地抑制熔核中脆性金属间化合物的形成,Ta1/Ta₈Ni₃₀Cr₂₀Cu₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头形貌完整,熔核呈规则的杯形,长径约0.6 mm,整体向钢侧发生了偏移. 熔核组织以简单FCC固溶体为主相,兼有少量BCC固溶体. 熔核中心凝固组织以细小的等轴晶为特征,熔核与两侧母材熔合区则形成了平行生长的柱状晶,熔核区与母材结合良好. 在焊接电压1 000 V,电容500 μF,电极力30 N工艺条件下,接头平均抗剪强度372 MPa.     

Ta1/0Cr18Ni9薄板储能焊熔核高熵化机理

针对钽与钢之间物化性质差异大,焊接时易产生脆性金属间化合物而导致熔焊接头性能低下及裂纹等问题,按照熔核金属高熵化技术思路,利用基于密度泛函理论的热力学第一性原理设计出新型中间层合金Ta₂₀Fe₂₀Ni₂₀Cr₂₀Co₂₀,结合熔合比得到适用于钽/钢储能焊中间层合金成分为Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂. 采用真空电弧炉熔制纽扣合金锭,继而使用单辊急冷法制备出中间合金箔材,将其用于Ta1/0Cr18Ni9薄板的储能焊连接. 结果表明,在储能焊条件下,Ta1/Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂/0Cr18Ni9搭接接头形成形貌规则、完整,长径约0.8 mm的扁球形熔核,熔核整体向钢侧发生了偏移. 熔核组织由简单的FCC固溶体组成,无金属间化合物析出,具有典型的高熵合金特征,实现了熔核金属高熵化. 在焊接电压1 000 V,电容500 μF,电极压力30 N下,Ta1/Ta₇Ni₃₂Cr₁₉Co₄₂/0Cr18Ni9储能焊接头平均强度可达到395 MPa.     

基于焊缝金属高熵化的钛/钢焊材设计与制备

依据焊缝金属高熵化技术思路设计焊材成分,采用真空电弧熔炼、急冷快速凝固制备高熵合金焊材,以期获得简单固溶体微结构的高熵合金焊缝,提高钛/钢焊接接头力学性能。结果表明,焊缝高熵化的技术可有效抑制焊缝脆性金属间化合物产生,有利于钛/钢熔化焊接头性能的提高。应用真空电弧熔炼,单辊急冷快速凝固技术制备的高熵合金焊材组织细密,成分均匀,适于钛/钢的焊接。Ti-Fe-Cu-Ni-Al多主元高熵合金可实现钛与钢的高性能连接,形成的焊缝为bcc和fcc简单固溶体组织,电阻点焊TA2/Q235接头剪切强度最高达到144 MPa。     

铝/钛异种金属冷金属过渡熔钎焊接头分析

以ER4043的铝焊丝对6061铝合金和TA2纯钛进行CMT熔钎焊,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分析了焊接接头的微观组织特征,并通过拉伸试验对接头进行了力学性能的评定. 结果表明,焊接接头具有熔焊和钎焊双重性质:铝母材局部熔化,与熔化的焊丝金属混合后凝固形成焊缝;而没有熔化的钛母材通过Ti原子的扩散与焊缝金属形成金属间化合物结合层的钎焊界面. 钎焊界面处反应层可分为靠近钛板一侧的连续层Ti₃Al和向焊缝内部生长的锯齿状的反应层TiAl₃. 当钛板坡口角度为30°时,钎焊界面化合物生长均匀良好,接头会断裂在铝母材的热影响区,最高抗拉强度达到197.5 MPa.     

Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金

使用Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析了钎焊接头界面组织,阐明了反应机理,并研究了钎焊温度对接头界面组织和力学性能的影响. 结果表明,钎焊接头的界面结构为ZTA陶瓷/TiO+Ti₃(Cu,Al)₃O/Ag(s,s)/Ti₂Cu₃/TiCu/Ti₂Cu/α+β-Ti/TC4合金. 随着钎焊温度的升高,钎缝中Ag基固溶体层变薄,Ti-Cu金属间化合物层变厚,当钎焊温度达到890 ℃时,Ti-Cu金属间化合物几乎占据整了个钎缝区域. 随着温度的升高,接头抗剪强度先增大后减小,在钎焊温度为890 ℃时,接头的室温抗剪强度达到最大值,其值为43.2 MPa.     

铜对钢/铝激光-MIG复合焊接头组织及性能的影响

采用激光-MIG复合焊方法研究了铜对SYG960E超高强度度钢/6061铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响.结果表明,与MIG焊相比,激光-MIG复合焊有利于改善焊缝成形及焊接质量.钢/铝界面层具有双层结构,靠近铝焊缝侧为针状的FeAl₃金属间化合物,而靠近钢母材侧为条状的Fe₂Al₅金属间化合物.铜对钢/铝界面层及接头的力学性能具有显著的影响.添加铜后可以有效地减小界面层厚度和裂纹敏感性,降低钢/铝接头的最高硬度,明显提高接头的抗拉强度,接头强度可以提高110%,这主要与铜抑制界面层生长和改善界面层中Fe-Al金属化合物的脆硬性有关.     

几种铝钢异种金属熔钎焊工艺的对比与分析

采用脉冲旁路耦合电弧MIG焊、CMT及激光焊方法实现铝/镀锌钢板搭接焊,对焊缝界面微观组织、形貌及元素成分进行了观察分析,并测试了其力学性能.结果表明,三种焊接方法均可以实现铝/镀锌钢板异种金属的优质连接,获得成形良好的焊缝,搭接接头的抗拉剪强度均可以达到铝合金母材的80%以上,拉伸试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区.当母材热输入及工艺合适时,三种方法下搭接接头界面处均形成一主要成分为Fe₂Al₅和FeAl₃,平均厚度约为8 μm的金属间化合物,而且控制金属间化合物的生成是获得铝/钢焊接优质接头的关键.     

工业纯钛TA2/紫铜T2异种金属CMT焊接接头的微观组织和腐蚀性能

采用冷金属过渡技术(CMT)对工业纯钛TA2和紫铜T2异种金属薄板进行对接焊.焊接过程中,使焊丝偏向铜的一侧,铜母材和焊丝熔化形成熔焊接头,熔化的填充材料润湿钛母材,形成钎焊界面,实现钛和铜的熔钎焊连接.使用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和力学试验研究焊接接头的组织以及连接机理.在室温下10%HCl溶液中,研究钛/铜异种金属CMT焊接接头的腐蚀行为.结果表明,钎焊界面由TiCu,Ti₂Cu,AlCu₂Ti等多种金属间化合物组成;焊缝区由铜基固溶体和Ti-Cu-Al-Ni-Fe五元素析出相组成;接头的抗拉强度达到205 MPa;焊接接头在室温10%HCl溶液中腐蚀7天后,钎焊界面出现腐蚀沟槽,14天后自行断裂.     

钛合金/Cu/不锈钢扩散焊界面化合物生长行为解析

采用拉伸、SEM扫描、能谱分析、XRD测试、热–动力学解析等手段,调查、研究了钛合金/Cu/304 扩散焊接头的力学性能、反应相种类、生成顺序及生长厚度. 结果表明,在焊接压力5.0 MPa下,接头的抗拉强度随焊接温度和时间的增加先增高后降低,在焊接温度1 223 K、时间3.6 ks时获得最高接头强度为163 MPa;过分提高温度和时间对接头性能不利. 用铜作中间层,在Cu/304界面侧基本未生成金属间化合物,而在钛合金/Cu界面间形成了由固溶体、金属间化合物Ti_xCu_y,Ti_xFe_y等组成的多层次过渡组织;由钛合金至不锈钢侧界面结构演化依次大致为Ti₂Cu,TiCu,TiCu₂,TiCu₃,TiCu₄,Ti₂Fe、FeTi,TiFe₂金属间化合物;生成的金属间化合物中Ti_xCu_y对接头强度的影响略显强于Ti_xFe_y化合物的趋势;根据推导的经验公式,通过调控温度及时间可以调控金属间化合物的层厚.     

A comparative study on the hydriding kinetics of Zr-based AB2 hydrogen storage alloys

Two kinetic models (Jander model and Chou model) are used to investigate the hydrogen absorption kinetic mechanism of Zr-based AB₂ type Laves phase alloys (Ti_0.1Zr_0.9Mn_0.9V_0.1Fe_0.5Co_0.5, Ti_0.1Zr_0.9(Mn_0.9V_0.1)_1.1Fe_0.5Ni_0.5 and Ti_0.1Zr_0.9Mn_0.9V_0.1Fe_0.55Ni_0.55). The analysis shows that the rate-controlling step is the diffusion process at high temperatures in the range from 673 K to 923 K with a low hydrogen concentration (solid solution phase). Both models can well describe the experimental data but Chou model is preferred. Chou model is simpler and easier to use for analyzing the experimental results. The activation energies calculated using Chou model with the least square method are 29.3 kJ/mol H₂ for Ti_0.1Zr_0.9Mn_0.9V_0.1Fe_0.5Co_0.5, 43.8 kJ/mol H₂ for Ti_0.1Zr_0.9(Mn_0.9V_0.1)_1.1Fe_0.5Ni_0.5 and 48.5 kJ/mol H₂ for Ti_0.1Zr_0.9Mn_0.9V_0.1Fe_0.55Ni_0.55, which are close to the values reported in the literature (28.3 kJ/mol H₂ for Ti_0.1Zr_0.9Mn_0.9V_0.1Fe_0.5Co_0.5 and 40.3 ± 1.5 kJ/mol H₂ for both Ti_0.1Zr_0.9(Mn_0.9V_0.1)_1.1Fe_0.5Ni_0.5 and Ti_0.1Zr_0.9Mn_0.9V_0.1Fe_0.55Ni_0.55).     

填丝TIG焊TA15钛合金与18-8钢接头的微观组织

以铜焊丝为填充材料对TA15钛合金与18-8不锈钢进行填丝钨极氩弧焊（TIG）.利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）及显微硬度计对TA15/18-8接头的微观组织、相组成、元素分布及显微硬度进行了分析.结果表明,焊缝组织为铜固溶体枝晶;TA15钛合金侧熔化未混合区为α-Ti与磷化物脆性相Ti₃P,Ti（Cu,Fe）的混合组织;18-8不锈钢侧熔合区为Fe-P共晶组织;磷在18-8不锈钢侧熔合区的聚集促进了共晶组织的形成,未参与共晶反应的铜形成团状聚集区;两侧熔合区显微硬度明显高于热影响区和焊缝,Ti₃P脆性相导致钛合金侧熔化未混合区的显微硬度最高值达720 HV0.5.     

Microstructure and tribological properties of laser clad Ti2Ni3Si/NiTi intermetallic coatings

Wear resistant Ti₂Ni₃Si/NiTi full intermetallic composite coatings with a microstructure consisting of ternary metal silicide Ti₂Ni₃Si primary dendrites and interdendritic Ti₂Ni₃Si/NiTi eutectic were fabricated on a substrate of 0.2%C low carbon steel by the laser cladding process using Ti-Ni-Si alloy powders as the precursor materials. Microstructure of the coatings was characterized by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDS). Wear resistance of the laser clad Ti₂Ni₃Si/NiTi intermetallic coatings was evaluated under dry sliding wear test conditions at room temperature. Results indicate that the Ti₂Ni₃Si/NiTi intermetallic coatings have excellent abrasive and adhesive wear resistance under dry sliding wear test conditions because of the unique combination of high yield strength and toughness of the intermetallic compound NiTi and the high hardness, strong covalent dominant atomic bonds and possible strong hardness anomaly of the ternary metal silicide Ti₂Ni₃Si with MgZn₂ type Laves crystal structure.     

Avrami exponent and isothermal crystallization of Zr/Ti-based bulk metallic glasses

The isothermal crystallization kinetics of Zr/Ti-based bulk metallic glasses (BMGs) have been investigated by using Avrami exponent. It is a constant nucleation rate and a constant number of quenched-in nuclei that cause the linear John–Mehl–Avrami (JMA) modes in Avrami exponents of Zr₆₂Al₈Ni₁₃Cu₁₇ and Zr₆₅Al₈Ni₁₀Cu₁₇ BMGs, respectively. However, sub-T_g pre-annealing of Zr₆₂Al₈Ni₁₃Cu₁₇, and multiple-step phase transition in Ti₄₃Cu₄₃Zr₇Ni₇ and Ti₄₅Zr₅Cu₄₀Ni_7.5Sn_2.5 make their Avrami exponents deviate from the linear JMA mode. The difference in Avrami exponents maybe provides useful information for performing the microstructure control of BMG composites upon isothermal annealing.     

CNTs对TC4与C/C复合材料钎焊接头组织及力学性能的影响

试验采用加入了碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的AgCu4.5Ti + xCNTs (x为质量分数,%)复合钎料(简称AgCuTi_C复合钎料),实现了TC4钛合金与C/C复合材料的真空钎焊连接. 通过SEM,EDS等分析手段确定了在CNTs含量为0.2%、钎焊温度为880 ℃、保温时间为20 min时接头的典型界面组织为TC4/扩散层/Ti₂Cu/TiCu/Ti₃Cu₄/TiCu₄/TiC + TiCu₂ + Ag(s.s) + Cu(s.s)/Ti₃Cu₄/TiCu₄/TiC/C/C复合材料;研究了CNTs含量对接头组织与性能的影响. 结果表明,随着CNTs含量的增加,钎缝宽度变化呈下降趋势,界面组织细化,界面中的Ti₃Cu₄与TiCu₄脆性化合物的含量降低、TiC与TiCu₂化合物的含量增加;接头的抗剪强度呈先上升后下降的趋势变化;当CNTs含量为0.4%时抗剪强度最高,达到44 MPa;CNTs的加入可使界面组织得到细化,有利于缓解钎缝中心区域与两侧母材之间存在的由于热膨胀系数不匹配而形成的较大残余应力,有效地提高了接头的抗剪强度.     

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.