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ta15／cu界面由于生成层状分布的脆性金属间化合物而出现裂纹。剪切试验时接头也是在此界面断开。在扩散焊接时间为60rain时接头抗剪强度达

2、到116mpa。为硬质合金与钛合金复合构件的生产应用提供了理论研究基础。关键词：真空扩散连接；硬质合金；钛合金；中间相中图分类号：1ig453．9文献标识码：ayg8硬质合金属于o一1vi2]，有着较好的综合力学性能．可作为飞机结构的主要用材，用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件，在飞机结构中有着广阔的应用前景e3]，其与yg8连接的复合构件，可充分发挥两者的性能优势。但yg8与ta15的线膨胀系数相差较大(yg8为4_5xl0-6m／k。ta15为8．oxlom／k)。焊接过程中．由于热失配产生的热应力往往会导致在yg8／ta15界面上

3、或yg8中产生裂纹．从而严重影响接头的力学性能。加之ta15活性大，易氧化，熔焊焊接性差。由此可见，yg8／ta15冶金焊接性与工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，国内外相关的研究大都集中在中间过渡层的选取上。ti6a14v钛合金与mx26mmx4mm．其化学成分见表1。yg8的规格为24mm~14mmx2mm，含有(co)8％和(m。表1试验材料的化学成分(质量分数)(％)材料almovzrcfehsion其它ta155．5—7．00．2~2．00．8~2．51．5~2．5o．10．250．0150．150．150．

4、030_3ba1．焊前依次用32，5，1200和15oo#的sic砂纸打磨2个试样的待焊面至平整，并去除试样和cu表面的氧化膜，采用trio0粗糙度仪测量表面r<0．2m后，用去离子水超声波清洗cu和yg83—5min，keller试剂(hf2ml，hc13ml，hno315ml，h2o190ml)清洗ta151—2min，乙醇超声波清洗3—5min后，再存放于乙醇中待焊。试验用fjk一2型辐射加热扩散焊机．均温区为6300mm~300mm，最高加热温度1350℃，温度控制精度±3℃，加载能力100n一100kn，热态极限真空度4．3xlopa。在选取焊接温

5、12全文查看度为860℃，压力为5mpa。以及扩散连接时间分别为1o，2o，3o，5o，60min的条件下，研究yg8与ta15的扩散焊工艺。采用光学显微镜与扫描电子显微镜进行微观分析，并观测接头微观结构，采用电子探针对接头结合界面区域元素分布规律进行研究和分析。焊缝抗剪强度的测试采用专用的剪切卡具在instron拉伸试验机上进行，加载速率6xlon·s一。12·试验与研究·焊接技术第36卷第5期2007年10月2试验结果及分析2．1接头显微组织分析同一焊接参数下yg8与ta15扩散焊接头不同区域的微观形貌如图l所示。(a)yg8基体与cu中间层(860℃．30r

6、ain)cu中问层(b)ta15基体与cu中间层(860℃，30rain)图lta15／yg8接头微观组织形貌其中图la，b分别反映了焊接温度为860℃．时间为30min条件下yg8与cu中间层以及ta15与cu中间层的界面结合情况。由图1a可见，cu以其优良的延展性和变形能力嵌入yg8表面凹陷之处，与其表面紧密贴合．大大增加了yg8／cu接头的有效接触面积，加速了原子扩散过程，提高了该连接界面的结合强度。另外，从图1a中还可以明显看出，在yg8／cu界面处存在一条亮线，分析认为，是co原子在界面产生偏析、聚集的结果，其产生原因为，yg8焊前经砂纸打磨处理后，co

7、包裹的深度内co含量极低(左右，其中．0层厚度约为7．4m；6层厚度约为14．6m；c层厚度约为16．5m。这是由于高温下和cu原子发生了互扩散．在ta15与cu中间层界面一侧形成了有明显界限且结构不同的新相化合物层。2．2原子扩散机制及中间相分析界面上形成化合物是反应扩散的基本特征。在扩散、反应过程中能够生成哪些化合物．以及生成物的先后顺序问题是比较复杂的，应从热力学和动力学的角度综合考虑。通过能谱分析结果(图2和表2)可以看出，在ta15与cu中间层的连接界面附近，相互扩散明显，形成了厚度明显不同的反应层．各个反应层生成的中间相也不同。在靠近cu中间层一侧为c

8、u(ti)