钛及钛合金与钢焊接的问题及研究现状

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1、钛及钛合金与钢焊接的问题及研究现状孙荣禄（佳木斯工学院佳木斯154007）张九海（哈尔滨工业大学哈尔滨150001）文摘仗■钢异种金属结枸在航天、航空及化学工业领域具有广闻的应用前素•但二者的逢接问題，是其能否得到实际应用的关便。本文就钦与钢坪接的问题及国内处研究现状作了简要的槪述和分析，并指出了有待深入研究的问題。关键词钦合金•钢，异种金属•坪接WeldingProblemsandPresentSituationofTitaniumorTitaniumAlloyandSteelSunRonglu(Jiamus

2、iInstitueofTechnologyJiamusi154007)ZhangJiuhai(HarbinInstitueofTechnologyHarbin>5C0U1)AbstractThedissimilarmetalsiructun;oftitanium-steelshowswideapplicationperspectiveinaeronautical«aerospaceandchemicalindustrialfields.Butthejointingoftitaniumandsteelisthek

3、eyfactorinfluencingtheappJrzation.1hispaperreviewstheweldingproblemsoftitaniumandsteelandthepresentsituation.Theproblemsneedfurtherstudingarepointedout.KeywordsTitanium・Steel>Dissimilarmetal>Welding1前言钛及钛合金比强度高，耐蚀性能好•是重要的宇航结构材料和化学工业材料，被称为当代新崛起的第三金属。但当前影响钛材推广

4、应用的最突岀问题是价格较高。钛•■钢异种金属结构，同时具有钛与钢的特性，又能节约钛材，为钛材的推广应用提供了可喜的前景，但这种复合结构的制造必须首先解决钛与钢的焊接问题。2钛与钢异种金属焊接存在的问题异种金属的焊接性主要取决于它们物理性能和结晶化学性能的差别。钛与钢中基体铁的结晶化学性能和物理性能见表1，图1是钛-铁二元相图。S1钛及铁的结晶化学性能和物理性能金属晶格类型晶格常数熔点线膨胀系数热导率/10-,om/C/IO-*】/W・(m・K)T密排六方4=2.950钛r=4.72917257.1415.07体

5、心立方a=3.280铁体心立方面心立方a=3・861a=3.650153811.583.74收稿日期：1996-05-18宇就材料工艺1997年第2期Fe/%（B子分效）图1钛-铁二元相图由表1可见,这两种金属的晶格类型不同，原子半径及物理性能的差别也较大.从钛•铁相图可以看岀，铁与钛的互溶解度极小，常温下尺°在-"中的溶解度只有0・05%〜0.1%左右，当合金含铁量超过0.1%时，就会形成金属间化合物TiFe.TiFe相硬而脆。例如•合铁0.14%钛合金的维氏硬度为199•当含铁董増加到2.2%时，维氏硬度则

6、为馅0,而合企的延伸率从1&$%下降至2.5%,因.此，牡与钢直接熔焊时，会产生以下两方面的问题*（1）由于二者线膨胀系数、热导率相差较大，在焊接加热和冷却过程中变形不同，导致接头中形成较大的内应力。（2）铁在焊缝中的含量将大大超过它在钛中的溶解度，在焊缝中形成大量的金属间化合物TiFe。另外，钛是强碳化物形成元素,与钢中的碳极易形成脆性的TiC,当钛与含钻、镇的奥氏体钢焊接时更为复杂，焊缝中的钛会与铁、钻、银形成复杂的金属间化合物，从而使焊缝变得极脆。由于上述原因，必然在焊缝中形成裂纹。这就是钛与钢焊接的困难

7、所在。关于钛与钢的焊接，国外尤其是前苏联进行了大蜃的研究,下面就有关内容作一简要的概述。3熔化连接文献［1］中指出，钛与钢直接熔焊，要想得到坚韧不脆断的焊缝几乎是不可能的，这里TiFe和TiC等脆性相是导致接头脆断的主要原因。为获得高质址的接头，必须避免熔化金属的相互搅拌，从目前的研究来看主要是采用以下两种方法。（1）采用熔焊■钎焊的方法。这种焊接方法是使两种金属中熔点较低的金属熔化，而熔点较高的金属处于固体状态，即对一种金属是熔焊，而对另一种金属是钎焊。但用熔悍-钎焊方法焊按纹与啊的效果并不理想因为钛与钢的熔

8、点比较接近，熔点较低的钢熔化时将导致熔点较高的钛表面层的烧伤，甚至諮化。（2）平用-种或几种过渡金属，分段焊接。在焊接时中间过渡金属部分熔化形成焊缝。文献［1〜5］中报道了采用袒+青铜、觇+青铜、帆及锐合金、蒙乃尔合金、银作过渡金属的熔焊方法，其中采用袒+青铜、锯+青铜复合过渡金属较为理想，试验结果列于表2。从表2中可以看岀，接头的强度取决于铜合金的强度，采用袒+淬火青铜作过渡金属时，