TiAl合金与42CrMo钢真空电阻钎焊工艺研究

作者:吴胜男;张逸; 刊名:材料开发与应用 上传者:王凤飞

【摘要】采用镍基钎料进行了TiAl合金与42CrMo钢的真空电阻钎焊连接,研究了焊接温度、顶端压力、焊接时间对焊接接头成型质量和力学性能的影响。结果表明,采用镍基钎料实现了TiAl合金与42CrMo钢的真空电阻钎焊连接,当焊接温度970℃、顶端压力1400N、焊接时间3s时,接头室温抗拉强度330MPa、500℃抗拉强度310MPa,满足涡轮增压器的使用环境要求。

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钛铝合金密度低,有较高的弹性模量以及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力,被认为是一种理想的、富有研究开发应用前景的涡轮增压器用涡轮材料[1—2]。涡轮与杆件的连接是涡轮增压器生产中的重要部分,但是由于Ti Al合金的本质脆性、Ti和Al原子的高反应活性以及Ti Al与钢之间性能的巨大差异,使得Ti Al合金与钢之间的连接较为困难。国内外对此开展了一系列的研究,在熔焊、扩散焊、摩擦焊和钎焊等连接方式中,因钎焊温度低,对母材热影响小,可避免Ti Al与钢的直接接触,降低接头应力,此外钎焊接头形式选择多样化,这些优点都使钎焊适合用于Ti Al与钢的连接。因Ti Al易与钎料中的Ni、Cu和Au生成Al M2Ti金属间化合物,钎料的选择至关重要[3]。陈波[4]等用Ti-15Cu-15Ni钎料对Ti Al与42CrMo进行真空钎焊,接头抗拉强度只有95. 1MPa。李玉龙[5]、NODA[6]以Ag-Cu-Ti箔为钎料钎焊连接Ti Al与42CrMo,取得了较好的钎焊效果,但Ag-Cu-Ti钎料制造困难,价格昂贵。本文拟用镍基钎料BNi-2真空电阻钎焊连接Ti Al合金与42CrMo钢,通过试验以确定可靠焊接工艺参数,以期促进钛铝涡轮与钢杆真空电阻钎焊连接在涡轮增压器上的应用。1试验材料与方法试验采用16 mm×50 mm的TiAl合金与42 CrMo棒材, TiAl合金名义成分为Ti-33. 5 Al-4. 8 Nb-1. 0 Cr-0. 3 Si,实测化学成分如表1所示,力学性能参数如表2所示。试验选用镍基钎料BNi-2,钎料厚度0. 04mm,名义成分为B-Ni82 CrSiBFe,实测化学成分如表3所示。试验在Gleeble3500热模拟试验机上进行,将钎料置于TiAl与42CrMo试棒被焊面之间,组装成搭接接头,钎料外露母材1~1. 5 mm,装夹固定,通过电极向试棒施加顶端压力,使被焊面紧密贴合。选择电阻法加热,预抽真空,通过输入温度曲线与压力曲线,控制焊接温度、顶端压力、焊接时间等参数,焊接工艺参数范围如表4所示。焊后自然冷却至室温,进行去应力退火(由于焊接过程中母材线膨胀系数差异较大且有立方膨胀的马氏体相变,产生了较大内应力,退火可有效去除内应力,退火工艺为600℃×30 min)。对焊缝进行表面质量和显微组织观察。按照国家标准GB/T228—2008 《金属材料室温拉伸试验方法》制备拉伸试样,进行拉伸试验,并对拉伸断口进行观察。表1 Ti Al合金母材的主要化学成分Table 1 Chemical compositions of Ti Al alloy (w)%Al Nb Cr Si Fe C N H O Ni33. 17 4. 63 1. 00 0. 242 0. 076 <0. 010 <0. 005 0 0. 001 0 0. 083—表2 Ti Al合金母材的力学性能Table 2 Tensile strength of Ti Al alloy抗拉强度/MPa扭转强度/MPa387 240表4工艺参数Table 4 Process parameters焊接温度/℃顶端压力/N焊接时间/s950~1 010 600~1 800 0~9表3镍基钎料的主要化学成分Table 3 Chemical compositions of nickel-based brazing filler metal (w)%C Cr B Si Fe P Ni W0. 038 7. 46 2. 85 4. 24 3. 19 0. 008 81. 36 <0

参考文献

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