置氢Ti40合金的钎焊工艺研究

作者:袁阳;范龙 刊名:热加工工艺 上传者:严沁

【摘要】采用粉末状Ti-35Zr-15Ni-15Cu钎料,对不同氢含量的置氢Ti40钛合金进行了钎焊,保温时间为10 min。分析了含氢量对置氢Ti40钛合金钎焊接头组织的影响。不同氢含量的置氢Ti40钛合金的钎焊试验表明,随着氢含量的增加,接头内反应层明显变宽,且反应层内交错的针状组织也变得越来越明显越细密,扩散层的宽度也有所增加。钎焊温度达到970℃时,接头组织中开始出现由钎料层直接进入母材组织的白亮条,该组织贯穿反应层和扩散层直接进入母材组织,且随着钎焊温度升高和母材氢含量的增加该白亮条有增多的趋势。

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钛合金因具有比强度、比刚度高,抗氧化、耐腐蚀好和耐热性高等一系列优点,在航空航天及其他工业领域得到越来越广泛的应用。作为一种重要的结构材料,连接是钛合金结构件必不可少的关键制造技术之一。对于一些结构复杂或需大面积焊接的结构件,钎焊和扩散焊具有独特的优势,因此钛合金的钎焊与扩散焊在航空航天及其他高技术领域应用广泛[1]。随着飞机性能的提高,对发动机提出了更高的要求。用于发动机中的钛合金部件,特别是压气机的高温段部分,将承受越来越高的温度、压力和气流速度,压气机的出口温度已经上升到500~600[2]。普通钛合金在这种工作条件下,存在很大的燃烧敏感性。Ti40阻燃合金是西北有色金属研究院开发出的一种新型高温稳定钛合金[3]。仅固溶处理的Ti40合金具有良好的强度和塑性配合,其热稳定性相对较好,固溶并时效处理的Ti40合金热稳定性较差,且时效温度越高,合金的热稳定性也越差。热暴露温度越高,合金的热稳定性能越差[4-5]。本研究采用粉末状Ti-35Zr-15Ni-15Cu钎料[6]对不同氢含量的置氢Ti40钛合金进行了钎焊,对其钎焊工艺、接头的组织和性能、元素分布情况进行了研究和测试分析。1试验材料及方法试验采用的母材为普通Ti40钛合金以及含氢量(质量分数)分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的置氢Ti40钛合金。普通Ti40钛合金的化学成分(质量分数,%)为:25V,15Zr,0.2Si,余量为Ti。选取的钎料为Ti-35Zr-15Ni-15Cu。将不同氢含量的母材线切割加工成尺寸分别为10mm10mm2mm和10mm2.5mm2mm的试样。焊前,对母材进行机械去膜,并用1000#水砂纸磨光,然后用丙酮清洗后风干。采用搭接方式进行真空钎焊连接,真空炉的真空度小于110-3Pa,连接温度为910、930、950、970,保温时间10min。将制备好的金相试样采用扫描电镜和光学显微镜观察钎焊接头界面微观组织,用能谱仪测定接头各生成产物以及各元素在整个接头的扩散情况,确定各生成相。2试验结果及分析图1是在910下钎焊的接头组织。由颜色和形貌差异可判断出接头明显分为未反应钎料层,反应层和扩散层。反应层为交错的针状组织,随着氢含量的增加反应层内的针状组织越来越多,越来越明显,组织也变得更加细密。随着氢含量的增加,反应层的宽度增加较为明显,扩散层宽度的增加也较为明显,说明母材与钎料之间的相互反应和相互扩散越充分。另外,随着氢含量的增加,未反应钎料也有减少的趋势。在此处也应该考虑不同接头上所加钎料量难以实现统一以及同一接头上钎料涂抹难以保证均匀这两个因素对扩散反应的影响;未反应的多少直接与该处原来所加钎料量有关,而且钎料量也会影响接头宽度。氢含量较低时,可看出接头分为未反应钎料层、反应层和扩散层,但反应层的组织形貌并不清楚。当氢含量达到0.3%时,反应层明显变宽,而且反应层内的交错针状组织开始变得明显。随着氢含量的进一步增加,扩散层进一步变宽,而且交错的针状组织也变得越来越明显越细密。图2是在970下钎焊的接头组织。接头组织共分为5层,如图2(c)所示1、2、3、4、5层。可初步判断,第1、5层为扩散层,第2、4层为反应层,第3层为反应钎料层。随着氢含量的提高,扩散层和反应层都变宽了,且反应层内针状组织变得更加细密。当氢15m15m15m15m15m15m(d)0.3%(e)0.4%(c)0.2%(f)0.5%(a)0.0%(b)0.1%图1不同置氢Ti40钎焊接头SEM照片(910/10min)Fig.1SEMphotographsofbraz

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