钛合金纯镍中间层不锈钢的相变超塑性扩散焊接研究

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要本文首先验证了近Ⅱ钛合金TAl7相变超塑性的存在，不仅定性地分析了钛合金的相变超塑性的存在，而且对温度循环时钛合金的最大压缩应变与恒温恒压时钛合金的最大压缩应变进行了比较，从两者的差距中定量地得到了由于钛合金的相变超塑性所引起的试样应变的大小。利用相变超塑性扩散焊接方法，在Gleeble一1500D型热模拟试验机上对TAl7近ct-Ti合金与OCrl8Ni9n奥氏体不锈钢进行了加镍中间层的焊接试验，中间过渡金属镍以三种方式加入：纳米镍粉、纳米镀镍层及镍箔。借助金相观察、扫描电镜观察、能谱

2、分析、x射线衍射等分析手段研究了在不同的焊接上限温度下钛合金与不锈钢接头的组织结构和断口的物相组成，对比分析了不同的中间层添加方式对接头的断裂影响。通过以上各方面的工作，得到了以下的结果：用纳米镍粉作中间层时，接头强度达到了212MPa，断裂发生在镍粉中间层或镍层与不锈钢的界面上，纳米镍粉粒不致密，本身结合强度不高，Ni中间层与不锈钢界面处形成的脆性。相导致了接头强度的下降。纳米镀镍层作中间层时，接头强度达到258MPa，镀镍层表面粗糙度较大，镀镍层表面有较多的孔隙，使得镀镍中间层与钛合金的结合界面紧密接触较困难。当焊

3、接循环上限温度为910℃、930℃时，断裂主要发生在未焊合的镍中间层及钛合金与镍中间层的界面处，在断口的两侧均没有发现Fe原子的存在，镍中间层起到了很好的阻隔作用，避免了Ti-Fe系金属间化合物的生成；当焊接循环上限温度为950℃、970℃时，断裂主要发生在B．Ⅱ与n．Fe、E．Ni系金属间化合物界面附近，此位置是钛合金与不锈钢加镍中间层时在较高上限温度下焊接的薄弱环节。镍箔作中间层时，接头强度达到292MPa。经分析发现，接头处形成了T—Fe、a相、Ni、Ni3Ti、Nfri、NiTi2、13-'n、小Ti的层状结构

4、，避免了脆性n．Fe系金属间化合物的形成。当焊接循环上限温度较低时，由于不锈钢的屈服强度较高，使不锈钢和镍箔中间层的紧密接触较困难，两者之间存在未焊合的部位，接头主要断裂于镍箔中间层和不锈钢之间，仅有小面积的部分断于镍箔中间层和钛合金之间，随着上限温度的升高，接头断裂于镍箔中间层和不锈钢之间的面积比例减少，断于镍箔中间层和钛合金之间的面积比例增大，当上限温度为930℃时，断裂就完全发生在镍箔中间层和钛合金之间，此时在断El的两侧发现有13-Ti的存在，使接头的强度从215MPa升高至258MPa。比较了纳米镀镍层和镍箔

5、分别作中间层时的扩散激活能，计算结果显示，纳米镀镍层作中间层时，扩散激活能小于镍箔作中间层时的扩散激活能，说明纳米重庆大学硕士学位论文中文摘要镀镍层作中间层时，镍原子的扩散速率较镍箔作中间层时的高，证明了纳米结构材料的原子扩散能力比较强这一想法。关键词：钛合金，不锈钢，中间层，相变超塑性，扩散焊接Ⅱ重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTInthispaper，thephasetransformationsuperplasticofileal"a-phasetitaniumalloyTAl7wastestified

6、atfirst．Itwasnotonlyanalyzedqualitatively'butalsowasquantifiedbycomparingwiththestrainoftitaniumalloygottenfiomconstanttemperatureandpressure．Thesolid—statediffusionbondingwitllnickelinterlayerofneara-phasetitaniumalloyto0Crl8Ni9Tiaustenitestainlesssteelunderpha

7、setransformationsuperplastiestateWascarriedoutonGleeble一1500D．Thenickelinterlayerswereaddedintheformofnano-nickelpowder,nano—nickelcoatingandnickelfoilrespectively．Metalloscopeobservation．SEMobservation,EDSdeterminationandXRDanalysisⅥ，盯eemployedtoresearchonthest

8、ructureofthejointandphaseonthefracturesurface．TheeffectofdifferentnickelinterlayersonthefractureofjointWasalsoanalyzed．Theresultswerelistedasfollowing：Themaximumofjoi