氢对TC4钛合金扩散焊影响的机理初探

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1、!!坠丛!坐丛垒!LQ∑型至L旦!丛鱼工量鱼旦丛QLQ鱼Yj茎!j兰：j兰：：!i：i!ilii!燮氢对TC4钛合金扩散焊影响的机理初探PrimaryDiscussionAboutActionMechanismofHydrogenforTC4TitaniumDimIsionBonding中航工业北京航空制造工程研究所张蕾侯金保西北工业大学材料学院张赋升李京龙【摘要】通过开展不同置氢量的TC4钛合金扩散焊试验，探讨了氢对TC4钛合金扩散焊加工影响的机理。结果表明：氢元素主要通过加速原子扩散、增大再

2、结晶驱动力、促进塑性变形以及蠕变这三方面来改善TC4钛合金扩散焊加工性。的影响，重点从加速原子扩散、增大再结晶驱动力角度探讨了氢对TC4钛合金扩散焊加工的影响。上述研究对置氢TC4扩散焊这一方法的实际应用具有理论及实践指导意义。关键词：置氢Tc4钛合金扩散焊机理原子1试验材料及方法扩散再结晶驱动力【ABSTRACTlTheactionmich锄ismofhydrogenforTC4ti伽niumdifmsionbondingisstudiedbyvacuumdifmsionbongdingexp

3、erimentsofTC4titaniumalloywithdifkrenthydrogencontent．TheresultsshowthathymD—genimproVestheprocessabili够ofTC4titaniumdifmsionbondingbyacceleratingdi伽sionofatoms，enlargingdriV-ingforceofrec巧stallizationandpmmotingplasticdefor-mation／cre印defo肌ation．Key

4、words：HydrogenatedTC4titaniumallOyDiffusionbondingMechanismAtomdimIsionDriv-ingforceof心crystaⅡizatioⅡ钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能优良等特点，在航空航天以及民用工业领域均获得广泛的应用【l’3】。近年来，为解决钛合金扩散加工存在的焊接温度较高、加工压力大、时间长、效率低等问题，利用氢元素可明显改善钛合金扩散焊加工性能这一特点，将钛合金热氢处理技术与扩散焊技术相

5、结合，由此衍生出钛合金置氢扩散焊技术，可实现钛合金扩散焊加工的高效化和低成本化，拓展钛合金的应用范围。将钛合金热氢处理技术141与扩散焊技术复合为一体的钛合金置氢扩散焊技术利用氢元素可明显改善钛合金扩散焊加工性能这一特点，实现钛合金扩散焊加工的高效化和低成本化，拓展钛合金的应用范围。目前，国内外主要对置氢与除氢基础理论、氢改善塑性加工性及热氢处理细化晶粒等方面进行了大量的研究【5卅，但对置氢钛合金焊接方面研究较少p】。本文在系统开展置氢Tc4及常规TC4真空扩散焊试验的基础上，分析总结氢对Tc4

6、钛合金扩散焊加工的影响规律；首次采用“三明治”式叠放结构研究氢元素对原子扩散试验材料为氢的质量分数分别为0．1％、O．4％和1．0％的置氢Tc4钛合金(简称HTA)以及常规TC4钛合金(成分列于表1)，其中氢含量通过置氢前后的重量差测得。试样采用机械及化学方法去除待焊面氧化膜，经砂纸打磨及超声清洗后，采用真空炉进行焊接。试验过程分两步：首先以界面焊合率为评判标准，对比开展置氢TC4与常规TC4钛合金扩散焊试验，研究氢对TC4钛合金扩散焊加工行为的影响；其次，重点从氢促进元素扩散及再结晶方面探讨氢

7、对TC4扩散焊加工行为的积极影响；至于氢通过改变钛合金流变应力进而改善钛合金扩散焊加工性的机理本文不再详述。表1TC4钛合金材料的化学组成％口皿，b系杂质不大予类别mVTiFeCNH0其他TC4钛合<；；=5．5—6．83．5～4．5余量0．300．100．050．0150．200．12结果与讨论2．1氢对TC4钛合金扩散焊加工行为的影响图1为置氢量对焊接温度的影响曲线。可以看出：100冰80亲60窭40200，7()()725750775800825850温度，℃图1置氢量对．r℃4钛合金扩散

8、焊焊接温度的影响(4MPa，60min)Fig．1lnfIuen∞Ofhydrogen∞ntentondi仟usiOnbOndingtempe阻Iu旧of1℃4titan‘uma¨oy(4MPa，60mjn)2013年第16期·航空制造技术81钛合金焊接技术TI弘川M舭oYw呦№TEcHNoLoGY在每个焊接温度下，氢能够明显提高TC4扩散焊接头的焊合率。换言之，氢能够降低TC4钛合金实现良好扩散连接(焊合率>95％)所需的焊接温度。在本试验条件(4MPa，60min)下，置氢TC4在775℃时