高温合金GH4169真空扩散连接工艺

采用真空直接扩散以及加镍中间层对高温合金GH4169进行了连接,阐述了扩散连接工艺参数对接头界面和接头力学性能的影响,以孔隙的多少作为评价指标来说明工艺参数对接头的影响.GH4169的直接扩散连接,升高加热温度、延长保温时间和增大连接压力均会不同程度的使界面的孔隙数目减少、尺寸变小.连接温度1 100℃,保温时间90 min,连接压力40 MPa时,扩散孔隙基本消失,接头平均抗拉强度达到658MPa.采用镍中间层对GH4169进行扩散连接,接头塑性得到改善,接头抗拉强度得到明显提高;连接温度990℃,保温时间75 min,连接压力15 MPa时,接头抗拉强度达到840 MPa.     

GH4169合金真空扩散连接接头的组织和性能

采用真空扩散连接技术对GH4169合金进行了焊接,分析了GH4169合金接头界面结构及扩散连接工艺参数对界面扩散孔隙及接头力学性能的影响.结果表明,GH4169直接扩散连接,在连接温度为950~1 150℃的范围内,随着温度的升高,连接时间的延长和连接压力的增大,界面的扩散孔隙数目逐渐减少,尺寸逐渐变小,接头抗拉强度达到658 MPa,但接头依旧有不连续的孔洞存在.采用铜中间层进行GH4169的扩散连接时,在界面处有固溶体层生成,接头抗拉强度得到明显的提高,最高可达745MPa.     

连接温度对GH4169合金TLP接头界面组织和性能的影响

采用50μm厚的Ni82CrSiB非晶箔片为中间层,通过瞬时液相扩散连接(TLP)方法实现GH4169合金的连接。研究TLP接头的界面组织结构,重点分析连接温度对接头界面组织和力学性能的影响规律。结果表明:GH4169合金TLP接头由等温凝固区(ISZ)和扩散区(DZ)组成。等温凝固区为单相镍基固溶体,B元素向母材的扩散导致在扩散区内晶界处形成大量的针棒状硼化物。随着连接温度的升高,扩散区厚度逐渐增加,而等温凝固区厚度基本保持不变。当连接温度为1 120℃、连接时间为2 h时,接头室温及高温(600℃)抗拉强度最高,分别为692和599 MPa,为母材强度的82%和71%。断口分析结果表明:随连接温度的升高,室温拉伸时接头断裂位置由等温凝固区逐渐转向扩散区,而高温拉伸时接头均在等温凝固区发生断裂。     

O相合金Ti-22Al-25Nb固态扩散连接

用热-力学模拟试验机Gleeble 1500D进行O相合金Ti-22A1-25Nb的固态扩散连接。结果表明：当连接温度和连接压强分别不低于970℃和7MPa以及保温时间不短于30min时,能获得界面结合致密的接头;当连接温度高于1000℃时,B2基体相明显粗化,且O相明显减少：当连接温度、压强和保温时间分别为1020℃、7MPa和30min时,接头室温和650℃的拉伸强度分别为925 MPa和654 MPa;当连接温度不高于1000℃的接头,拉伸断裂大部分发生在结合界面;当连接温度高于1000℃时,则断裂主要发生在近界面母材中。关键词：O相合金：扩散连接：界面结合;接头强度     

瞬间液相(TLP)扩散连接GH4169/TC4接头的微观结构及力学性能

为制备镍基高温合金/钛合金复合构件,拓展二者应用领域,以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了GH4169高温合金/TC4钛合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能试验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明:在连接温度960℃,连接压力5 MPa,保温时间30min的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了"GH4169/Ni(s,s)/TiNi_3/Ti_2Ni/Ti/T_i2Ni/Ni/TiNi+Ti_2Ni/TC4"的多层梯度结构接头,除了"Ni/TiNi+Ti_2Ni"界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头的内应力;GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi_3硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头抗剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的"Ni/TiNi+Ti_2Ni"界面区域,呈脆性断裂特征。     

20钢/GH4169固相扩散焊界面元素迁移研究

20钢/GH4169扩散连接应用非常广泛。采用金相显微镜观察焊接接头组织结构。通过SEM观察焊缝微观组织形貌。采用EDS研究分析不同温度下不同位置的元素扩散规律,并通过XRD分析扩散溶解层区的产物。结果表明:压力1 MPa,真空度为1×10-2Pa,保温温度1000℃和1050℃下,20钢与镍基合金GH4169达到了良好的冶金结合。随温度提高,20钢的针状铁素体转变为粗大的等轴晶,镍基侧沿基体外缘晶界形成奥氏体晶粒并长大,镍基合金沿界面处析出棒状和球状第二相颗粒,20钢与GH4169连接界面有明显的Cr、Ni、Fe元素扩散现象。本实验条件下,20钢和GH4169的界面处发生Si原子偏聚,并发生扩散反应沿20钢基体生成FeSi_2金属间化合物层。     

42CrMo/GH4169异种金属惯性摩擦焊工艺

主要采用惯性摩擦焊技术对中碳调质钢42CrMo和镍基高温合金GH4169进行连接成形,借助光学电子显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度仪及电子拉伸试验机研究不同惯量条件下的焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,当惯量为168 kg·m²时,42CrMo和GH4169惯性摩擦焊接头飞边成形较好,去除飞边后无明显缺陷;焊缝界面两侧区域均发生动态再结晶,且观察到了5μm厚的不均匀金属间化合物(Ni-Fe-Cr,Ni3Al)和碳化物层(NbC,TiC),这就使得焊缝界面处的显微硬度峰值达691 HV1.0;通过接头拉伸性能试验,168 kg·m²惯量下的试样室温拉伸和高温拉伸(540℃)断裂位置均发生在42CrMo母材侧,断口形貌观察为典型的韧性断裂,室温抗拉强度达1 062.5 MPa,高温抗拉强度达687.5 MPa,均与42CrMo母材相当,这说明了界面处形成的金属间化合物和碳化物层促进了接头界面材料的冶金结合,有效的提高了焊接接头的力学性能。     

GH4169合金与S31042钢线性摩擦焊接头组织及力学性能

使用25 Hz振动频率、2 mm振幅、100 MPa摩擦压力和150 MPa顶锻压力的工艺参数对GH4169合金和S31042钢进行线性摩擦焊连接,通过OM、SEM和TEM分析异质接头的组织特征,并进行拉伸、硬度和蠕变实验测试异质接头在室温和高温环境下的力学性能。结果表明,GH4169合金与S31042钢的连接界面在线性摩擦焊过程中发生动态再结晶,形成无孔无裂纹的冶金结合,同时焊缝区在高温和应力作用下形成大量弥散分布的强化相颗粒。通过细晶强化和析出强化的综合作用,异质接头的抗拉强度高于S31042钢,焊缝区的硬度明显高于2种母材。     

Ti_2AlNb相合金Ti-22Al-25Nb的TLP扩散连接

以Ti-15Cu-15Ni合金薄带作中间层,用Gleeble 1500D热-力学模拟试验机对Ti2AlNb相合金Ti-22Al-25Nb进行TLP扩散连接。研究了连接参数对接头组织演变、元素分布、接头强度及其断裂特征的影响。结果表明,接头形成过程由5个阶段组成,Nb是接头成分均匀化的扩散主控元素。适当延长保温时间和适当提高连接温度有利于获得组织与成分均匀的高强接头。保温结束后接头快速冷却时,其连接区室温组织为B2相;而采用慢冷工艺有利于促进高温β相的相变从而改善连接区组织,室温组织为B2相基体和少量α2、O相。连接温度和保温时间分别为990℃和90min且采用慢冷工艺时,接头的室温和650℃抗拉伸强度分别为1041MPa和659MPa,分别达到原始母材强度的95％和81％,明显高于采用快冷工艺的接头强度。     

Ti2AlNb相合金Ti-22A1-25Nb的TLP扩散连接

以Ti-15Cu-15Ni合金薄带作中间层,用Gleeble 1500D热-力学模拟试验机对Ti2AlNb相合金Ti-22Al-25Nb进行TLP扩散连接.研究了连接参数对接头组织演变、元素分布、接头强度及其断裂特征的影响.结果表明,接头形成过程由5个阶段组成,Nb是接头成分均匀化的扩散主控元素.适当延长保温时间和适当提高连接温度有利于获得组织与成分均匀的高强接头.保温结束后接头快速冷却时,其连接区室温组织为B2相;而采用慢冷工艺有利于促进高温β相的相变从而改善连接区组织,室温组织为B2相基体和少量α2、D相.连接温度和保温时间分别为990℃和90 min且采用慢冷工艺时,接头的室温和650℃抗拉伸强度分别为1041 MPa和659 MPa,分别达到原始母材强度的95%和81%,明显高于采用快冷工艺的接头强度.     

表面镀镍对Ag基钎料钎焊YG6X与GH4169的影响

针对AgCuNiMn系钎料在GH4169合金表面的流动性能较弱的问题,在YG6X/AgCuNiMn/GH4169钎焊体系中,通过对比钎料在有无镍镀层的GH4169表面的润湿形貌及最终润湿角的大小,分析了GH4169表面镀镍对钎料在GH4169表面润湿性能的影响;并借助SEM对有镍镀层钎缝组织进行分析,结合接头拉伸性能试验揭示了镀镍层对接头微观组织与力学性能的影响。研究结果表明,在GH4169表面镀镍能显著提高钎料在合金表面的润湿铺展性能,镀镍后AgCuNiMn钎料在合金表面润湿角最小可达4°;在钎料与高温合金界面处存在约20μm的镍层反应区,该反应区在提高钎料润湿性能的同时一定程度上阻碍了高温合金母材中Fe、Cr与Nb等元素向钎缝区域扩散,从而降低了接头的拉伸强度,平均抗拉强度为631.6 MPa。     

油井管用钛/钢真空扩散焊工艺研究

对油井管钻杆材料TA2纯钛和钻头材料14MnMoVN钢进行了异种合金真空扩散焊试验,对不同焊接参数下的焊接接头的微观组织和力学性能进行试验分析,分析了加热温度和保温时间对接头抗拉强度的作用规律。结果表明,焊接接头存在明显的界面,形成了断续的化合物反应层,主要为Ti-Fe金属间化合物。接头强度最高达到182MPa。相同保温时间下,随着加热温度的增加,接头的抗拉强度增大,但温度不宜超过900℃。相同加热温度下,随着保温时间增加,界面的结合强度先升高后降低。     

Al-Ag-Cu-Ti反应扩散连接SiCp/2009Al复合材料的接头强度与断裂特性

采用Al-Ag-Cu-Ti中间夹层,在真空条件下对SiCp/2009Al复合材料进行了反应扩散连接.结果表明,中间夹层Ti元素含量、连接温度和保温时间均会影响SiCp/2009Al复合材料连接接头的连接强度;最佳的连接工艺为连接温度550 ℃、保温时间60min、Ti元素含量3%(质量分数),在最佳的连接工艺下连接强度可达120 MPa;SiCp/2009Al复合材料的反应扩散连接接头的断裂是由于焊缝中的金属间化合物成为裂纹源,裂纹在焊缝中扩展导致接头断裂.     

Mg/Cu/Al接触反应钎焊工艺及元素扩散行为分析

采用铜中间层对镁合金与铝合金进行了接触反应钎焊,利用SEM,EDS研究了接头的微观形貌及组织结构,并对界面Cu元素的扩散行为进行了分析. 结果表明,铜中间层可有效阻隔镁与铝的接触反应,界面无Mg-Al系金属间化合物生成;相同温度下,Cu原子在Mg元素中的扩散能力远大于在铝中的扩散能力,导致Al/Cu侧在温度低于560 ℃时无法产生有效连接,且温度高于570 ℃时镁合金溶解过多,工艺区间过窄. 在565 ℃保温20 min可实现连接,但抗剪强度仅12.6 MPa. 采用低温长时间保温,随后高温短时加热的工艺可实现Mg/Cu/Al接头有效连接. 在475 ℃保温60 min,560 ℃加热7 min的条件下,接头强度可达31.2 MPa.     

TC4/OFC真空扩散焊接研究

对钛合金（TC4）与无氧纯铜（OFC）异种金属在真空条件下进行直接扩散焊接,可形成良好的TC4/ OFC焊接接头。测量其焊接强度及进行微区分析的结果表明,随着温度升高,焊接接头的抗拉强度先升高后下降,最佳焊接工艺参数为：焊接温度800 ℃,保温时间30 min,焊接压力5 MPa。在TC4/ OFC焊接接头的界面上形成了元素成分逐渐变化的互扩散层。由元素分析和断口的XRD分析结果可以看出,界面处生成的物相有Cu3Ti2、Cu4Ti3、CuTi、Cu4Ti等金属间化合物,断口的形貌表明接头断裂主要发生在接头的金属间化合物弱结合处,结合处的孔洞与铜钛金属间化合物的种类、厚度决定了TC4/OFC直接扩散焊接接头的强度。     

瞬间液相(TLP)扩散连接GH4169/TC4接头微观结构及力学性能研究

为制备钛合金/镍基高温合金复合构件,拓展二者应用领域,本文以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了TC4钛合金/GH4169高温合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能实验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明：在连接温度为960℃,保温时间30min,连接压力5MPa的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了“GH4169 / Ni(s,s)/ TiNi₃ / Ti₂Ni/ Ti / Ti₂Ni / Ni / TiNi/ TC4”的多层梯度结构接头,除了“Ni / TiNi+Ti₂Ni”界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头内应力;GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi₃硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的“Ni / TiNi+Ti₂Ni”界面区域,呈脆性断裂特征。     

置氢TC4钛合金与TiAl合金的扩散连接研究

分别对Ti Al合金与TC4钛合金、置氢0.5 wt%的TC4钛合金进行了扩散焊接试验。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、能谱分析仪对接头界面进行了分析,并开展了抗剪强度试验。结果表明,在焊接温度为850℃,连接压力为15 MPa的工艺参数下,当保温时间为5 min时,连接界面存在细小孔洞;当保温时间为15 min时,置氢TC4钛合金的界面孔洞消失,并且产生一定厚度的反应层:保温时间达到30 min时,置氢TC4钛合金与Ti Al合金接头的连接强度平均可达290 MPa。断口分析表明,界面组织主要由Ti Al、Ti_3Al、Ti Al_2和Ti_3Al_5相组成。在相同的扩散焊接工艺规范下,置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度明显高于未置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度。     

GH4169合金闪光焊型材与接头的组织性能研究

针对GH4169合金闪光焊型材及接头试验件开展组织性能研究,主要包括低倍组织、显微组织、晶粒度、室温拉伸、高温拉伸、蠕变、低周疲劳性能等,并将力学性能结果与锻/轧环件数据进行对比分析。结果表明:GH4169合金闪光焊型材及接头高倍、低倍组织均匀,接头焊缝处晶粒比型材基体细小。GH4169闪光焊型材与接头室温拉伸、650℃拉伸强度,蠕变、疲劳性能与传统锻/轧工艺制备的环件的性能相当。     

Zr/Cu/Zr部分瞬间液相焊扩散连接Ti(C,N)-Al_2O_3陶瓷基复合材料

采用Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层对Ti(C,N)-Al2O3陶瓷基复合材料进行部分瞬间液相扩散连接实验,研究保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响,探讨了制约接头室温强度的因素,对比分析了在部分瞬间液相扩散连接过程中,辅助脉冲电流对元素扩散及接头强度的作用机制.结果表明,预置Zr箔/Cu箔/Zr箔中间层通过部分瞬间液相扩散连接,在加热温度950℃,保温时间15~30 min条件下接头强度达到最大值.保温时间过短,活性元素Zr削弱基体强度,保温时间过长,Zr与Cu在界面生成金属间化合物降低了接头的强度.扩散焊过程中施加辅助脉冲电流能够有效缓解接头的残余应力,防止裂纹在脆性基体材料中扩展;但是同时促进了界面处的反应进程,显著提高了界面处Cu-Zr金属间化合物的形成速度,使得界面易成为接头的薄弱环节.     

Ag基焊料Ti3Al与Ni基高温合金接头的组织及性能

采用自行设计制备的Ag-Cr-Ni-Cu合金作为焊材,对Ti3Al基合金与GH4169高温合金进行了填丝氩弧焊。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(XEDS)等方法对焊料及接头各区域的微观组织进行了观察和分析,接头中无宏观缺陷产生。Ag-Cr-Ni-Cu合金与Ti_3Al母材结合良好,但与GH4169母材的结合力相对较弱。焊缝由白色Ag-Cu基体中分布Cr,Ag,Ni,Cu,Ti,Al等元素组成的深灰色相组成。GH4169/Ag-Cr-Ni-Cu界面不存在反应层; Ag-Cr-Ni-Cu/Ti_3Al界面处存在宽度约为20μm的反应区域,主要由Ag+AgTi及固溶Cr的(Ti,Nb)固溶体组成。2个界面的硬度均高于母材及焊缝,焊缝硬度最低。接头的平均室温抗拉强度为130 MPa。拉伸试样断裂于GH4169/Ag-Cr-Ni-Cu界面。