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时间:2018-02-11
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1、硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究 摘要:通过对硬质合金(YG8)与钛合金(TA15)异种材料焊接工艺问题的分析,采用塑性较好的Cu作为中间层来缓解TA15厂YG8的接 头热应力。在焊接温度为860℃。压力为5MPa,扩散焊接时间分别为1O,20,3O,5O,60min的条件下,研究YG8与TA15的扩散焊工 艺.分析了YG8与TA15连接界面的原子扩散机制、反应相生成及其分布规律。结果表明,YG8/Cu界面呈一条亮线,结合良好,而 TA15/Cu界面由于生成层状分布的脆性金属间化合物而出现裂纹。剪切试验时接头也是在此界面断开。在扩散焊接时间为60rain时接
2、头 抗剪强度达到116MPa。为硬质合金与钛合金复合构件的生产应用提供了理论研究基础。 关键词:真空扩散连接;硬质合金;钛合金;中间相 中图分类号:1IG453.9文献标识码:A YG8硬质合金属于WC—Co系硬质合金,由于Co是金属中与 C相容性最好的金属元素之一。Co熔液对碳的润湿角为50。一 7Oo,故Co作为粘结相对WC具有良好的润湿性,可使YG8获得 良好的物理、力学性能Ⅲ.但硬质合金较脆,抗冲击性差,加 工困难.因此.在实际应用中往往将其与韧性好、易加工的金 属材料连接成为复合部件使用。TA15是一种新型的近Or.型中强
3、度钛合金.名义成分为Ti一6.5A1—2Zr-1Mo一1VI2],有着较好的 综合力学性能.可作为飞机结构的主要用材,用来制造飞机隔 框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件,在飞 机结构中有着广阔的应用前景E3],其与YG8连接的复合构件, 可充分发挥两者的性能优势。但YG8与TA15的线膨胀系数相差 较大(YG8为4_5xl0-6m/K。TA15为8.OxlOm/K)。焊接过程 中.由于热失配产生的热应力往往会导致在YG8/TA15界面上 或YG8中产生裂纹.从而严重影响接头的力学性能。加之 TA15活性大,易氧化,熔焊焊接性差。
4、由此可见,YG8/TA15 冶金焊接性与工艺焊接性的较大差异是两者可靠连接的瓶颈。 针对硬质合金与金属连接易产生应力的问题,国内外相关 的研究大都集中在中间过渡层的选取上。Ti6A14V钛合金与 WC—Co硬质合金的摩擦焊可以采用纯Nj作为中间过渡层E41。 WC—Co类硬质合金和工具钢的扩散焊可以采用Fe—Ni作沩中间 过渡层I5],均在应力缓释方面获得良好的效果。使用热等静压 扩散连接方法,采用Ni箔作为中间过渡层实现了硬质合金与工 业纯铁、Q235钢、45钢、TIO钢良好的冶金结合I6]。针对硬质合 金与钢连接界面易形成有害的11相
5、,使结合部位抗弯强度降低 的问题,TIG焊时,采用Ni—Fe—C焊丝,避免了11相的形成,从 收稿13期:XX—03—29;修回13期:XX—08—17 而提高了接头的力学性能ET]。基于以上的研究基础,本试验拟 采用塑性更好的Cu箔代替作为应力缓释层.研究了YG8与 TA15的真空扩散焊工艺,分析了YG8/TA15接头连接界面的原 子扩散机制、反应相生成及其分布规律。 1研究方案 试验用TA15的规格为39mmx26mmx4mm.其化学成分 见表1。YG8的规格为24mm~14mmx2mm,含有(Co)8% 和(WC)92%采用Cu作为中间
6、层材料,厚度为0.1mm。 表1试验材料的化学成分(质量分数)(%) 材料AlMoVZrCFeHSiON其它 TA155.5—7.00.2~2.00.8~2.51.5~2.5O.10.250.0150.150.150.030_3Ba1. 焊前依次用32,5,1200和15Oo#的SiC砂纸打磨2个 试样的待焊面至平整,并去除试样和Cu表面的氧化膜,采用 TRIO0粗糙度仪测量表面R<0.2m后,用去离子水超声波清 洗Cu和YG83—5min,Keller试剂(HF2mL,HC13mL, HNO315mL,H2O190mL)清洗TA151—2min,乙
7、醇超声波 清洗3—5min后,再存放于乙醇中待焊。 试验用FJK一2型辐射加热扩散焊机.均温区为6300mm~ 300mm,最高加热温度1350℃,温度控制精度±3℃,加载 能力100N一100kN,热态极限真空度4.3xlOPa。在选取焊接 温度为860℃,压力为5MPa。以及扩散连接时间分别为 1O,2O,3O,5O,60min的条件下,研究YG8与TA15的扩散焊 工艺。采用光学显微镜与扫描电子显微镜进行微观分析,并观 测接头微观结构,采用电子探针对接头结合界面区域元素分布 规
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