基于高频感应钎焊的tc4钛合金层积成形研究

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1、第46卷第11期稀有金属材料与工程Vol.46,No.112017年11月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGNovember2017基于高频感应钎焊的TC4钛合金层积成形研究1,222张静，张涛，程杨阳(1.河西学院，甘肃张掖734000)(2.北京航空航天大学，北京100191)摘要：为研发一种以TC4薄板直接作为金属造形材料的快速成形技术，选用自制的Ti基快冷薄带钎料，结合高频感应钎焊技术，制备了层积成形试样。通过对试样的力学性能、钎焊接头界面的显微组织进行分析。结果表明，由非晶态钎料制备的层积成形试样抗拉强度高于TC4，而晶态钎

2、料的低于TC4。2种钎料成形试样的钎焊接头组织均由(Ti,Zr)2(Cu,Ni)+(Ti,Zr)ss共晶组织和富Zr的α-Ti固溶体构成，钎缝的拉伸断口呈人字纹形貌，为脆性断裂。关键词：TC4；层积成形；钎焊；显微组织+中图法分类号：TG454；TG146.23文献标识码：A文章编号：1002-185X(2017)11-3440-06钛合金因具有密度低、比强度高、耐腐蚀、高温强示。采用1#和2#2种成分配比的Ti-Zr-Cu-Ni基钎料，度高等优点被广泛应用于航空航天、生物医药、石油化其组成如表2所示。依照表2将秤取好的金属单质原料[1]-3-3工等领域。但由于钛

3、合金具有导热系数低、弹性模量在真空度为4×10~6×10Pa，并以高纯氩气作保护气小、化学活性高、变形系数小等特性使其在进行机械加体的NEW-ADR-05真空电弧熔炼炉中反复熔炼4次，待工时容易产生切削温度高、与刀具发生化学反应、回弹合金随炉冷却后，将其通过NEW-A05快速凝固设备采[2-4]严重、刀具磨损严重等问题。能够成形致密金属零件用熔体旋淬法制成厚20~50μm，宽1.5~2mm的快冷薄的快速成形工艺主要有：选区激光熔化/烧结成形法带钎料，并借助RigakuD/Max2200PCX射线衍射仪和（SLM/SLS）、电子束成形法（EBM）、等离子束熔积成Ne

4、tzsch-DSC404C差示扫描量热仪分别对其物相和熔点[5]形法(PDM)，但上述快速成形工艺，除我国北京航空进行测试分析。钎焊前将待焊TC4薄板放入丙酮超声波航天大学王华明教授已将大型钛合金激光快速成形技术清洗15min，采用HF+HNO3+H2O化学清洗除去其表面成功应用于飞机主承力结构制造中外，国内外普遍存在氧化膜，并将5片TC4薄板和自制钎料按照TC4/钎料-3因金属零件在高能束成形过程中，经历周期性急速加热/TC4/钎料的顺序逐层叠加后，将其放入真空度为8×10和冷却、短时非平衡循环固态相变，易产生金属零件内Pa的NEW-M04C真空高频感应熔炼炉中

5、，采用高频感部应力状况复杂，内部质量不易控制，零件易变形开裂应设备加热，进行高频真空感应钎焊，钎焊温度为850~[6-11]等问题，限制了该快速成形技术的应用。因此，研950℃，钎焊时将加热电流逐渐增加至钎料熔化后，迅发一种低成本、力学性能优异的新型成形工艺就显得尤速调低电流直至为零，待试样随炉冷却0.5h后将其取为必要。本研究提出了一种以金属板材TC4直接作为造出。钎焊后将试样加工成图1所示尺寸的拉伸试样，在形材料，利用高频感应真空钎焊法进行连接的金属零件Instron5565万能试验机上，以1mm/min的拉伸速率进层积成形工艺，对采用不同钎料层积成形试样的力

6、学性行拉伸强度测试，沿垂直焊缝方向切取金相试样，经打能、钎焊接头界面和拉伸断口的显微组织进行了测试与磨抛光后，借助自带EDS能谱仪的JSM6010SEM扫描分析，以期通过该层积成形工艺制备的试样具有优异的电镜和JXA-8100电子探针对层积成形试样的力学性能、力学性能，并能够进一步为直接利用其它金属板材实现钎焊接头界面和拉伸断口的显微组织进行测试与分析。金属功能零件的快速制造奠定一定的基础。表1TC4合金化学成分1实验Table1ChemicalcompositionofTC4alloys(ω/%)AlVFeCTi试验以厚0.5mm，长100mm，宽20mm的热轧

7、TC4矩形薄板作为金属造形材料，其化学成分如表1所6.034.240.0170.028Bal.收稿日期：2016-11-15基金项目：河西学院校长科研创新基金项目（XZ2015-08）；甘肃省高等学校科研项目（2016A-076）作者简介：张静，女，1976年生，硕士，副教授，河西学院物理与机电工程学院，甘肃张掖734000，E-mail:zjdb8282451@126.com第11期张静等：基于高频感应钎焊的TC4钛合金层积成形研究·3441·表2钎料化学成分2.2钎焊接头的显微组织Table2Chemicalcompositionofsolder(at%)借助

8、JXA-8