硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究

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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