金屬粉末為過渡層的鈦-鋼電阻釬焊接頭形成機(jī)制.pdf

1、鈦合金與不銹鋼的復(fù)合構(gòu)件不僅具有兩種材料的綜合優(yōu)勢，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，在航空航天以及國民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域擁有良好的應(yīng)用前景。但是由于鈦、鋼兩種金屬材料物理性能相差較大，同時焊接時極易生成大量鈦/鐵脆性金屬間化合物，導(dǎo)致構(gòu)件接頭性能惡化，這也是大多數(shù)異種金屬實現(xiàn)可靠連接亟待解決的基礎(chǔ)性問題。針對這個問題，探索了一種金屬粉末作為過渡層的鈦/鋼電阻釬焊工藝方法。試驗研究了金屬粉末的種類，電阻釬焊工藝參數(shù)的改變對鈦/鋼搭接釬焊接頭力學(xué)性能、

2、微觀組織以及原子擴(kuò)散的影響，并且探討了金屬粉末在鈦/鋼釬焊接頭中的冶金反應(yīng)機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴探索了以金屬粉末為過渡層，采用耐高溫密封膠作為防氧化措施，鈦合金與不銹鋼電阻釬焊工藝的實現(xiàn)方法。以鈦合金、不銹鋼母材元素為基點(diǎn)，根據(jù)元素間冶金相溶性原則，選定了Cr、Ni、Nb、V等元素作為考察對象，試驗設(shè)計了5類接頭。并且進(jìn)行力學(xué)性能測試和XRD、SEM等微觀分析，探索了添加元素對接頭的有效性。結(jié)果表明，Cr、Nb、V等元

3、素可作為鈦/鋼連接過渡層的選擇元素，這三種元素的添加大幅度提高接頭強(qiáng)度，同時顯著降低了接頭中Fe-Ti、Cu-Ti系脆性相的含量。大量新生成的Ti基固溶體存在于接頭組織中，使得接頭性能顯著提高。接頭斷口分析顯示，接頭斷裂模式為韌性斷裂與延晶斷裂的混合斷裂模式。⑵探索了金屬粉末層介入的鈦/鋼電阻釬焊工藝方法，使用正交試驗對各工藝參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)選擇，并研究了焊接電流、焊接時間、電極壓力、粉末層添加量、粉末顆粒度等工藝參數(shù)對接頭組織及性能的影響

4、規(guī)律。結(jié)果表明，過大或過小的參數(shù)均不利于接頭的形成，只有當(dāng)各工藝參數(shù)以合理的關(guān)系匹配時才能夠滿足鈦/鋼電阻釬焊的可靠連接，當(dāng)焊接電流為3.0KA，焊接時間2.0s，電極壓力0.4MPa，Cr粉添加量為0.03g，Nb、V混合粉末添加量為0.04g時，接頭抗剪切強(qiáng)度最高可達(dá)226.18MPa。研究了金屬粉末為過渡層對鈦/鋼搭接釬焊接頭原子擴(kuò)散的影響機(jī)制。分析表明：Cr粉與Nb、V混合粉末對于原子擴(kuò)散的影響行為不同。Cr粉參與冶金反應(yīng)的程度

5、較小，主要以金屬顆粒形態(tài)阻擋Ti、Fe原子向?qū)?cè)的擴(kuò)散；Nb、V混合粉末大量參與冶金反應(yīng)，消耗大量Ti原子，同時未參與反應(yīng)的粉末繼續(xù)阻擋 Ti、Fe原子的擴(kuò)散。只有合理的粉末添加量才能保證既有適量的剩余粉末阻擋 Ti、Fe原子的擴(kuò)散，又有適量的粉末參與冶金反應(yīng)生成有益于接頭強(qiáng)度提升的組織。⑶討論了粉末顆粒在接頭形成過程中的冶金行為。粉末作為過渡層時，粉末顆?？梢暈槎嘣哟貓F(tuán)。釬焊時，由于液態(tài)的釬料包覆在粉末顆粒周圍，原子簇團(tuán)表面的原子會

6、脫離簇團(tuán)束縛進(jìn)入液態(tài)釬料，與借助液態(tài)釬料擴(kuò)散的Ti、Fe原子以及釬料原子Ag、Cu、Zn相遇發(fā)生冶金反應(yīng)。因此粉末顆粒不僅起到了阻擋Ti、Fe原子擴(kuò)散的作用，而且改變接頭冶金反應(yīng)的反應(yīng)界面，以一種剝離式的反應(yīng)方式消耗金屬粉末，從而改變了新生相的分布狀態(tài)，不再集中出現(xiàn)在接頭中，而是彌散分布在新生成的 Ti基固溶體與剩余釬料之中，以第二相粒子強(qiáng)化的作用有效提高接頭性能。由于C u-Ti脆性相在近鈦合金側(cè)過渡區(qū)含量較高，成為接頭薄弱區(qū)，因此，