硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究

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1、硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究摘要：通过对硬质合金(YG8)与钛合金(TA15)异种材料焊接工艺问题的分析，采用塑性较好的Cu作为中间层来缓解TA15厂YG8的接头热应力。在焊接温度为860℃。压力为5MPa，扩散焊接时间分别为1O，20，3O，5O，60min的条件下，研究YG8与TA15的扩散焊工艺．分析了YG8与TA15连接界面的原子扩散机制、反应相生成及其分布规律。结果表明，YG8／Cu界面呈一条亮线，结合良好，而TA1唢5／Cu界面由于生成层状殂分布的脆性金属间化合物而埴出现裂纹。剪切试验时接头也是在此界面断开。在扩散焊接时间

2、为60rain时韭接头抗剪强度达到116苡MPa。为硬质合金与钛合ヒ金复合构件的生产应用提供了理论研究基础。关键词帝：真空扩散连接；硬质合金溯；钛合金；中间相中图分类号：1IG453．9文赇献标识码：AYG8硬质盈合金属于WC—Co系硬质锇合金，由于Co是金属中与C相容性最好的金属元素之莨一。Co熔液对碳的润湿角榄为50。一7Oo，故C帝o作为粘结相对WC具有良钳好的润湿性，可使YG8获局得良好的物理、力学性能Ⅲ．但硬质合金较脆，抗冲击性差，加工困难．因此⊥．在实际应用中往往将其与嚎韧性好、易加工的金属材扭料连接成为复合部件使用。くTA

3、15是一种新型的近O罕r．型中强度钛合金．名肘义成分为Ti一6．5A1除—2Zr-1Mo一1VI吃2]，有着较好的综合力潭学性能．可作为飞机结构的嘭主要用材，用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、浅受力较复杂的重要结构零件庠，在飞机结构中有着广阔晚的应用前景E3]，其与Y定G8连接的复合构件，可萱充分发挥两者的性能优势。夙但YG8与TA15的线膨鼾胀系数相差较大(YG8为4_5xl0-6m／K酸。TA15为8．OxlOm／K)。焊接过程中．由于热失配产生的热应力往屣往会导致在YG8／TA1俑5界面上或YG8中产生箩裂纹．从而严重影响接头的

4、术力学性能。加之TA15镥活性大，易氧化，熔焊焊接硖性差。由此可见，YG8／国TA15冶金焊接性与工さ艺焊接性的较大差异是两者可靠连接的瓶颈。针对硬｀质合金与金属连接易产生应力的问题，国内外相关的蚶研究大都集中在中间过渡层屉的选取上。Ti6A14V镘钛合金与WC—Co硬质簪合金的摩擦焊可以采用纯N槐j作为中间过渡层E41。WC—Co类硬质合金和工具钢的扩散焊可以采用Fe诟—Ni作沩中间过渡层I箩5]，均在应力缓释方面获艰得良好的效果。使用热等静压扩散连接方法，采用N跺i箔作为中间过渡层实现了ㄎ硬质合金与工业纯铁、Q宋235钢、45钢、T

5、IO冢钢良好的冶金结合I6]。戍针对硬质合金与钢连接界孜面易形成有害的11相，使蚶结合部位抗弯强度降低的巨问题，TIG焊时，采用N镘i—Fe—C焊丝，避免了酡11相的形成，从收稿1篦3期：XX—03—29；日修回13期：XX—08—ヰ17而提高了接头的力学旎性能ET]。基于以上的研粝究基础，本试验拟采用塑铀性更好的Cu箔代替作为应呖力缓释层．研究了YG8与TA15的真空扩散焊工柴艺，分析了YG8／TA1狺5接头连接界面的原子扩痒散机制、反应相生成及其分抉布规律。1研究方案试成验用TA15的规格为39嘲mmx26mmx4mm．舆其化学成分见表1

6、。YG暌8的规格为24mm~14枞mmx2mm，含有(Co诲)8％和(WC)92％觯采用Cu作为中间层材料，у厚度为0．1mm。表1试验材料的化学成分(质量陆分数)(％)材料AlM媳oVZrCFeHSiON佴其它TA155．5—7曦．00．2~2．00．8绘~2．51．5~2．5O．10．250．0150у．150．150．030_3Ba1．焊前依次用祯32，5，1200和15Oo#的SiC砂纸打磨2暌个试样的待焊面至平整，茂并去除试样和Cu表面的氧化膜，采用TRIO0粗需糙度仪测量表面R<0．2咛m后，用去离子水超声波清洗Cu和YG

7、83—5mi玎n，Keller试剂(HF2mL，HC13mL，HNO315mL，H2O彷190mL)清洗TA15柳1—2min，乙醇超声波清洗3—5min后，再存放于乙醇中待焊。试验用笸FJK一2型辐射加热扩散江焊机．均温区为6300mуm~300mm，最高加热温度1350℃，温度控制精度±3℃，加载能力荚100N一100kN，热隼态极限真空度4．3xlO妾Pa。在选取焊接温度为鼠860℃，压力为5MPa蜕。以及扩散连接时间分别为墉1O，2O，3O，5O，60min的条件下，研臻究YG8与TA15的扩散荒焊工艺。采用光学显微镜与扫描

8、电子显微镜进行微观耙分析，并观测接头微观结哙构，采用电子探针对接头结腺合界面区域元素分布规律聒进行研究和分析。焊缝抗剪嫜强度的测试采用专用的剪切娣卡具