TZM合金扩散连接工艺及机理的研究

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1、硕士学位论文TZM合金扩散连接工艺及机理的研究STUDYONTECHNOLOGYANDMECHANISMOFTZMALLOYDIFFUSIONJOINING张伟杰哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文TZM合金扩散连接工艺及机理的研究硕士研究生：张伟杰导师：李卓然副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TG454U.D.C:621.791.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTECHNOLOGYANDMECHANISMOFTZMALLOYDIFFUSIONJOININGCandidate：ZhangWeijieSupervisor：Asso.Prof.LiZhuoranAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringA

3、ffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institutio：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文针对TZM（钼钛锆）合金这种高温结构材料的连接需求，系统研究了TZM的固相扩散连接和瞬时液相扩散连接。利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析、强度测试等方法，首先研究了使用Ni、Ti和Nb三种金属作为中间层的固相扩散焊接

4、头界面显微组织和力学性能。通过研究工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响，确定了最佳中间层材料及其添加方式和最佳工艺参数，解明了接头微观组织和力学性能对应关系。此外，研究了使用BNi2作为中间层的瞬时液相扩散连接接头的显微组织和力学性能，通过研究工艺参数对接头微观组织和力学性能的确定了最佳工艺参数，并且对其机理进行了初步探究。采用Ni、Ti和Nb作为中间层在T=1100℃，P=5MPa，t=30min的焊接工艺下对TZM合金进行扩散连接，发现使用Nb作为中间层时不能对母材进行有效地连接；使用Ni作为中间层

5、时，接头结合良好，存在明显的扩散层，无新相生成，接头的拉剪强度可以达到294MPa，接头的强度主要取决于中间层Ni的剩余量；使用Ti作为中间层时，扩散层不明显，但是有β相的生成，接头的拉剪强度可以达到224.8MPa，接头的强度主要取决于β相的含量。确定了Ni为最佳的中间层材料。同时研究了不同的中间层添加方式对接头组织性能的影响，发现镀镍的接头性能明显优于使用Ni箔，在镀Ni5min时，接头拉剪强度可以达到347.6MPa。采用50umNi箔作为中间层对TZM进行扩散连接，发现随着焊接参数的增大，接头的组

6、织和性能会趋于良好，但是温度过高或压力过大时，工件的变形量过大。最终确定最佳焊接参数为T=1100℃，P=5MPa，t=30min。采用BNi2作为中间层对TZM进行瞬时液相扩散连接，对其典型接头元素分布分析发现Ni元素的分布集中在等温凝固区而且越靠近中心处Ni分布越密集，而Mo元素在越靠近中心处分布越稀疏，Fe和Cr元素分布与Ni相似，而Si元素则是在沉淀区中有明显的集中分布。最佳焊接参数为T=1200℃，t=30min，此时接头结合良好，接头拉剪强度可以达到301.2MPa。通过对瞬时液相扩散连接机理

7、研究发现在1200℃和30min的焊接参数下等温凝固的时间大约为15min，而成分均匀化则是整个焊接过程中时间最长的阶段。关键词：TZM合金，Ni，BNi2，扩散连接，瞬时液相扩散连接-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTAimingconnectivityneedsofTZMalloysuchhigh-temperaturestructuralmaterials,systematicstudyofsolidphasediffusionbondingTZMandTLP.Usingoptica

8、lmicroscopy,scanningelectronmicroscopyandenergyspectrumanalysis,strengthtestingmethod,firststudiedtheuseofNi,TiandNbthreemetalsasanintermediatelayerofsolidphasediffusionweldingorganizationinterfacialmicrostructurean