TiAl金属间化合物及其连接技术的研究进展

近年来 ,TiAl金属间化合物由于其密度小、硬度大、耐高温、具有优良的抗氧化能力等独特的性能 ,因此越来越引起广泛的关注并得到了迅猛的发展。根据目前TiAl金属间化合物被认为是在航空、航天飞行器等军事和民用两者都具有广泛应用前景的高温结构材料 ,文中介绍了世界范围内TiAl金属间化合物研究发展现状。TiAl金属间化合物有效的运用必须要有可靠的连接技术 ,因此TiAl金属间化合物的连接问题是其实用化所要面临的问题之一。固态焊接是实现TiAl金属间化合物连接十分有效的方法。文中介绍了TiAl金属间化合物连接技术的发展现状 ,重点评述了TiAl金属间化合物固态焊接的研究状况 ,指出了需要深入研究的问题     

钛/铝异种金属扩散连接及其界面调控的研究进展

钛/铝复合构件具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优势,使其广泛应用于新能源汽车、航空航天等领域。但是钛/铝之间的物理性能差异较大,且冶金反应容易生成如TiAl3,TiAl等脆性的金属间化合物,导致钛/铝异种金属接头性能下降。为了解决上述问题,基于扩散连接技术在异种金属连接方面变形小、无污染、冶金结合致密等优势,文中详细讨论了扩散连接技术在钛/铝异种金属连接上的应用,以及连接温度、保温时间、压力等焊接工艺参数、焊后热处理工艺、中间层对接头的影响。重点总结了工艺调控和添加中间层调控钛/铝接头的组织和性能。结果表明,工艺调控和添加中间层调控相结合可以最大限度的调控脆性金属间化合物的类型和降低金属间化合物的厚度。在此基础上,讨论了钛/铝异种金属扩散连接的发展趋势。     

TiAl合金的焊接性研究

TiAl合金作为一种金属间化合物,具有低密度、高强度、良好的高温力学性能及抗氧化性等优点,要想使其得到广泛应用,TiAl自身及TiAl与其它材料的连接技术是亟需解决的问题。近年来,主要采用的方法为电子束焊、激光焊等熔焊方法和扩散焊、摩擦焊、自蔓延高温合成反应焊等固态焊接方法。研究发现,熔焊的缺点较为显著,主要表现为焊接热裂倾向严重,焊缝的裂纹敏感度很高。相比之下,固态焊接能够避免在熔焊过程中出现的与熔化和凝固有关的一些焊接缺陷,显示出良好的应用前景。     

先进材料与异种材料电子束焊接研究进展

电子束焊接是近年来飞速进步、蓬勃发展的一种先进连接技术,随着技术工艺的日益成熟,其在工业领域的竞争力也日渐增强,已为工业部门所广泛接受.文中综述了电子束焊接在高温钛合金、高温合金、难熔金属、金属间化合物等先进材料与各类互相固溶的、难以互溶的异种材料连接方面的研究现状,对国内外在焊接缺陷控制、焊接工艺优化、焊接机理研究等方面取得的典型研究成果进行了简要介绍,并从中概括总结了先进材料与异种材料电子束焊接的具体问题,归纳阐述了先进材料与异种材料电子束焊接中所采用的能量控制与冶金调控等特色技术方法.     

Ti-Al系金属间化合物焊接技术研究现状

Ti-Al系金属间化合物作为航空发动机用最具潜力的轻质耐高温结构材料,具有低密度、低热膨胀率、高热导率及耐热温度高等特点,将可能替代现有钛合金、镍基高温合金材料成为航空发动机压气机低温或高温部件重要制造材料。简要介绍Ti-Al系金属间化合物的性能特点,概述了Ti_3Al、TiAl、Ti_2AlNb等典型Ti-Al系金属间化合物焊接技术的研究应用,最后总结和展望了Ti-Al系金属间化合物的高质量焊接技术及在航空发动机领域的应用。     

高温钛合金及TiAl金属间化合物的精密铸造技术及应用前景

本文对高温钛合金及TiAl金属间化合物的发展趋势进行了概述,介绍了钛合金及TiAl金属间化合物水冷铜坩埚真空感应熔炼(ISM)熔模精密铸造技术的研究现状.最后,介绍了高温钛合金及TiAl金属间化合物在航空航天领域与民用领域中的应用和发展前景.     

铝/钢异种金属电弧熔钎焊研究现状

铝合金和钢在高温下易反应生成多种金属间化合物,使铝/钢的焊接一直是焊接领域的一大难题。控制接头界面处金属间化合物的生成及其尺度,是成功进行铝/钢焊接的关键。电弧熔钎焊是解决铝/钢异种金属焊接全面走向工程应用的最具希望的几种焊接方法之一。文中综述了近年来铝/钢电弧熔钎焊研究的发展现状,分析了铝/钢电弧熔钎焊焊接性,重点探讨了控制金属间化合物生长的方法,包括减小焊接热输入、降低热源能量密度、添加具有抑制金属间化合物生长的合金元素、采用中间层等;总结了改善液态金属润湿性和铺展性的方法,包括采用镀层/覆层、采用钎剂、采用辅助磁场、进行预热或辅助加热等。最后提出了若干铝/钢电弧熔钎焊需要进一步解决的问题。     

TiAl合金与GH3039高温合金的摩擦焊接

对TiAl合金与GH3039高温合金异种材料进行了摩擦焊接工艺试验. 基于接头的拉伸性能,初步优化了焊接工艺参数. 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对焊接接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理进行了分析. 结果表明,TiAl合金与GH3039高温合金两种异种材料摩擦焊接具有可行性,在摩擦焊接过程中热力耦合的作用下,GH3039侧热力影响区塑性变形较大,TiAl合金侧热力影响区变形较小;TiAl合金与GH3039高温合金摩擦焊接连接界面两侧的合金元素发生了扩散,形成了复杂的层状金属间化合物组织结构;断于TiAl合金母材的焊接接头断口属于典型的脆性断口.     

铝/钢搅拌摩擦焊金属间化合物调控研究进展

铝/钢异种金属的可靠连接是汽车行业实现轻质节能设计的重要途径. 铝和钢的热物理性能和化学性能差异大,采用固相焊方法连接较为适宜. 搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)具有热输入低、高温停留时间短和焊接变形小等特点,在连接铝/钢异种金属上具有较大的优势和潜力. 铝/钢异种金属FSW高质量的核心技术之一为界面金属间化合物的调控. 基于铝/钢FSW固相连接机制,文中从焊接参数(焊接速度、焊具转速、偏移量、倾斜角和下压量)、焊具结构(搅拌针形貌、螺纹及锥角)和中间层(铝和锌等)设计等方面对界面金属间化合物调控的研究现状进行了综述,并围绕接头承载能力的提升总结了铝/钢FSW新技术(匙孔填充、自铆接及外源辅助FSW),并进一步展望了铝/钢FSW的发展趋势.     

镁-铜异种金属连接技术研究进展

对比镁和铜的物理化学性质,结合镁-铜二元合金相图,分析镁-铜异种金属焊接存在的问题,介绍了镁-铜异种金属连接技术的研究现状。镁-铜搅拌摩擦焊是通过塑性流动和原子扩散实现连接,不易形成金属间化合物;扩散焊和钎焊通过控制焊接工艺参数控制金属间化合物的组织结构和厚度;镁-铜TIG焊通过中间金属来控制金属间化合物的生成和生长;冷金属过渡焊接技术可以通过控制热输入来控制铜的熔化和扩散,进而控制金属间化合物的生成和生长,实现镁-铜的熔钎焊。严格控制焊接工艺参数,加入中间层,采用低热输入等方法可以实现镁-铜的优质连接。     

镁铝异种金属焊接研究现状与进展

综述了近年来国内外镁铝异种金属焊接的可行性和焊接方法的研究现状,对镁铝焊接的方法、特点、应用及组织演化特征进行了分析,认为镁铝异种材料焊接时,有效控制接头金属间化合物的组成、大小、形貌及分布状态是获得优质焊接接头的关键。对未来镁铝焊接的研究趋势进行了预测,认为镁铝的熔化焊接是一种高效且实用的焊接方法,具有广泛的应用前景,该方法的连接机理及失效分析还要需进一步研究和探讨。     

Mg/Al异种金属焊接的研究现状

Mg/Al异种金属焊接的主要问题在于母材本身极易氧化,热传导系数大,易产生热裂纹和气孔等缺陷,尤其是极易形成金属间化合物,都严重影响了焊接接头的性能。本文在对常规熔焊如TIG焊、电子束焊、激光焊等方法进行了总结的基础上,归纳了抑制金属间化合物产生的方法,包括加入第三种元素、采用复合热源以及固相焊如扩散焊、搅拌摩擦焊等。从控制金属间化合物的角度来看,固相焊的研究仍将是Mg/Al异种金属连接的主要发展方向。     

铝合金/钢异种金属熔-钎焊技术研究进展

文中分析了铝及铝合金与钢异种金属焊接时存在的问题,认为铝合金/钢熔-钎焊接是最适合铝合金/钢复合结构制造的焊接技术.介绍了熔-钎焊接的概念及特点,综述了国内外激光熔-钎焊、TIG熔-钎焊、MIG熔-钎焊、CMT熔-钎焊以及激光+MIG电弧复合熔-钎焊等焊接工艺方法在铝合金与钢异种金属连接中的研究现状,并对比了各种工艺方...     

铝合金／钛合金超声波点焊热-机耦合分析

超声波焊接技术是一种通过施加压力和高频剪切运动来实现材料固态连接的方法。利用超声波焊接技术进行金属间的焊接能在低于金属熔点的温度下实现良好的冶金连接。因此可以应用于冶金性能差异较大的异种金属的焊接。本文针对超声波焊接过程中温度瞬间变化的特点，利用超声波焊接界面反应机理的研究结果，建立了超声波焊接铝钛异种合金的二维有限元模型。通过有限元数值模拟的方法得到了超声波焊接过程中瞬态温度和应力分布。为超声波焊接工艺的优化和制定提供了理论依据。     

TiAl金属间化合物与NiCr20TiAl摩擦焊接性分析

采用SN比设计方法优化了TiAl金属间化合物与NiCr20TiAl摩擦焊接的工艺规范，分析了接头组织变化规律，研究了TiAl全属间化合物摩擦焊接成形控制特点。     

钛合金与铝合金异种金属钎焊及熔钎焊研究进展

钛合金和铝合金广泛应用于航空航天、舰船和汽车等工业中，钛/铝连接结构也得到越来越多的重视。文中对钛合金与铝合金异种金属的焊接性进行了分析，重点论述了国内外钛合金与铝合金异种金属钎焊、熔钎焊连接方法研究现状。指出了钛合金与铝合金物理化学性质差异较大，目前仍存在钎焊时脆性Ti/Al金属间化合物生成难避免、熔钎焊时热输入不均匀易导致钛合金与铝合金连接接头组织分布不均的难题。通过改变钎料类型、钎料成分配比与焊接参数，可有效减少脆性Ti/Al金属间化合物的生成，熔钎焊时可通过选择合适的焊接方法与焊接工艺或通过对焊缝填充金属来减少脆性Ti/Al金属间化合物生成等方法。最后针对钛合金与铝合金异种金属钎焊及熔钎焊的发展及研究方向提出了展望。     

TiAl基合金及其连接技术的研究进展

综述了TiAl基合金熔焊和固态连接的研究状况,主要包括弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊、扩散焊、自蔓延高温合成和摩擦焊等连接方法,分析了各种方法用于TiAl基合金连接时的优缺点.由于TiAl基合金室温塑性差,采用熔焊方法连接时焊后冷却速度块,接头组织淬硬倾向大,易形成固态裂纹.固态连接方法大多可控制焊接热循环,焊接过程中加热峰值温度相对较低,对母材组织影响小,可避免裂纹等缺陷,因而采用固态连接方法具有优势.如果能进一步降低冷却速度,则将熔焊方法用于TiAl基合金的连接有很好的应用前景.     

原位自生TiAl3增强Al基复合材料的组织结构及形成机理研究

采用冷喷涂技术沉积Ti-80Al（wt.%）复合涂层,通过热处理获得了原位自生TiAl3金属间化合物颗粒增强Al基复合材料涂层。采用SEM、EDS和XRD等分析了冷喷涂Ti/Al复合涂层在不同热处理温度下的组织结构演变规律及Ti、Al粒子间原位扩散反应过程,并对TiAl3金属间化合物的形成机理进行了探讨。结果表明,冷喷涂Ti/Al复合涂层组织致密,其相结构与喷涂粉末完全相同,450℃热处理后涂层局部区域发生Ti、Al间的固态扩散反应,并在Ti、Al粒子界面原位形成TiAl3金属间化合物,随着热处理温度升高,TiAl3金属间化合物的含量显著增加,600℃热处理后,Ti/Al复合涂层中的Ti粒子全部转变为TiAl3金属间化合物,获得原位自生TiAl3颗粒增强的Al基复合材料.     

异种材料真空电子束焊接研究现状分析

真空电子束焊接具有高能量密度、束斑直径和位置精确可控,焊接残余应力小,焊缝无污染等优点,因此,电子束焊接在异种材料连接领域的应用成为近年来研究的热点,并取得了大量的研究成果,部分已经在工业生产中得到了应用.由于电子束焊接属于熔化焊接,因此在异种金属连接中也存在冶金过程带来的困难.文中对异种材料的真空电子束焊接的研究现状进行了分析,对不同类型的异种材料接头真空电子束焊接中存在的问题和解决方法进行了总结,并提出了今后异种材料真空电子束焊接的研究重点.     

TC4钛合金与0Cr18Ni10Ti不锈钢真空热轧连接

利用真空热轧焊接的方法实现了镍作中间层材料的TC4钛合金与0Cr18Ni10Ti不锈钢板的连接.通过扫描电镜、能谱、X射线衍射等方法对连接界面的微观结构进行了描述,测试了Ni-TC4连接界面的金属间化合物层的成分,研究了焊接温度对焊接接头连接强度的影响规律.结果表明,金属间化合物层的厚度随着焊接温度的升高而增大,接头连接强度随之降低,当焊接温度为760℃、压缩率为20%、轧制速度为38 mm/s时焊接接头的抗拉强度达到最高值452.1MPa.拉伸试样断口均呈脆性断裂特征,XRD分析表明,在拉伸试样断口处存在多种Ni-Ti的金属间化合物.