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通过对硬质合金(G8)与钛合金(TA1)异种材料焊接工艺问题的分析，采用塑性较好的u作为中间层来缓解TA1厂G8的接头热应力。在焊接温度为860°C。压力为Pa，扩散焊接时间分别为1,20,3，，60in的条下，研究G8与TA1的扩散焊工艺.分析了G8与TA1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，G8/u界面呈一条亮线，结合良好，而TA1/u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时接头抗剪强度达到

2、116Pa。为硬质合金与钛合金复合构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1IG43.9AG8硬质合金属于一系硬质合金，由于是金属中与相容性最好的金属元素之一。熔液对碳的润湿角为0。一7,故作为粘结相对具有良好的润湿性，可使G8获得良好的物理、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韧性好、易加工的金属材料连接成为复合部使用。TA1是一种新型的近r.型中强度钛合金.名义成分为Ti一6.A1—2Zr-1-1VI2］,有着较好的综合力学性能.可作为

3、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，在飞机结构中有着广阔的应用前景E3］，其与G8连接的复合构，可充分发挥两者的性能优势。但G8与TA1的线膨胀系数相差较大（G8为4_xl0-6/。TA1为8.xl/）。焊接过程中.由于热失配产生的热应力往往会导致在G8/TA1界面上或G8中产生裂纹.从而严重影响接头的力学性能。加之TA1活性大，易氧化，熔焊焊接性差。由此可见，G8/TA1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

4、的研究大都集中在中间过渡层的选取上。Ti6A14V钛合金与一硬质合金的摩擦焊可以采用纯N作为中间过渡层E41。一类硬质合金和工具钢的扩散焊可以采用Fe-Ni作沩中间过渡层I］，均在应力缓释方面获得良好的效果。使用热等静压扩散连接方法，采用Ni箔作为中间过渡层实现了硬质合金与工业纯铁、Q23钢、4钢、TI钢良好的冶金结合16］。针对硬质合金与钢连接界面易形成有害的11相，使结合部位抗弯强度降低的问题，TIG焊时，采用Ni_Fe_焊丝，避免了11相的形成，从收稿13期：XX—03—29；修回13期：XX—08—17而提高了接

5、头的力学性能ET］。基于以上的研究基础，本试验拟采用塑性更好的u箔代替作为应力缓释层.研究了G8与TA1的真空扩散焊工艺，分析了G8/TA1接头连接界面的原子扩散机制、反应相生成及其分布规律。1研究方案试验用TA1的规格为39x26x4.其化学成分见表1。G8的规格为24~14x2，含有（）8%和（）92%采用u作为中间层材料，厚度为0.1。表1试验材料的化学成分（质量分数）（％）材料AIVZrFeHSiN其它TA1.—7.00.2^2.00.8~2.1..10.20.010.10.10.030_3Ba1.焊前依次用32

6、，，1200和1#的Si砂纸打磨2个试样的待焊面至平整，并去除试样和u表面的氧化膜，采TRI00.2后，用去离子水超声波清洗u和G83—in，eIIer试剂（HF2L，H13L,HN31L,H2190L)清洗TA11—2in,乙醇超声波清洗3—in后，再存放于乙醇中待焊。试验用F—2型辐射加热扩散焊机.均温区为6300~300,最高加热温度130°C，温度控制精度±3°C，加载能力100N—100N，热态极限真空度4.3xIPao在选取焊接温度为860°C，压力为Pa。以及扩散连接时间分别为1,2,3，，60in的条下，

7、研究G8与TA1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INSTRN拉伸试验机上进行，加载速率6xIN■s—。12-试验与研究■焊接技术第36卷第期XX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G8与TA1扩散焊接头不同区域的微观形貌如图I所示。(a)G8基体与u中间层(860°C.30rain)u中问层(b)TA1基体与u中间层(860°C,30rain)图ITA1/G

8、8接头微观组织形貌其中图la，b分别反映了焊接温度为860°C.时间为30i条下G8与u中间层以及TA1与u中间层的界面结合情况。由图1a可见，u以其优良的延展性和变形能力嵌入G8表面凹陷之处，与其表面紧密贴合.大大增加了G8/u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