鎂-鈦異種材料的瞬間液相擴(kuò)散連接.pdf

1、鎂合金具有比強(qiáng)度、比模量高，密度低、制造成本低、散熱性好，阻尼減振降噪能力強(qiáng)、能屏蔽電磁輻射等優(yōu)點(diǎn)而日益受到重視，但鎂合金在高溫條件下的力學(xué)性能、耐腐蝕性能等不佳很大程度的限制了其應(yīng)用。由于鈦合金具有高的比強(qiáng)度、耐熱與耐蝕性好、斷裂韌性強(qiáng)等特點(diǎn)，而在航空航天、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到重用。為了發(fā)揮鎂鈦異種金屬各自的性能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金作為結(jié)構(gòu)件在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，很有必要將鎂合金與鈦合金連接起來獲得界面結(jié)合牢固的焊接接頭,這樣既可以降

2、低結(jié)構(gòu)重量又可以節(jié)約材料。
　　本文以探索鎂-鈦異種材料的焊接性能為目的，采用純Ni箔、Cu箔、Al箔為中間層材料，進(jìn)行了AZ31B鎂合金/Ti-6Al-4V鈦合金的瞬間液相擴(kuò)散連接試驗(yàn)研究，利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、顯微硬度計(jì)、強(qiáng)度分析等測(cè)試方法，研究了不同中間層材料及焊接工藝參數(shù)與焊接接頭微觀組織結(jié)構(gòu)、元素行為、接頭力學(xué)性能等之間的關(guān)系，確定最佳工藝參數(shù)范圍，探討接頭形成機(jī)理，以獲得理想的鎂

3、-鈦異種材料瞬間液相擴(kuò)散連接接頭。
　　研究結(jié)果表明，采用純Ni箔、Cu箔、Al箔為中間層材料，在焊接溫度520℃～540℃、保溫時(shí)間5min～30min的條件下均可實(shí)現(xiàn)AZ31B鎂合金與Ti-6Al-4V鈦合金的冶金結(jié)合。以Ni箔為中間層的AZ31B/Ti-6Al-4V接頭的界面擴(kuò)散區(qū)呈層狀結(jié)構(gòu)分布，由鎂合金側(cè)至鈦合金側(cè)的顯微組織依次為：α-Mg固溶體、(α-Mg+Mg-Al-Ni)共晶組織、Mg-Al-Ni三元金屬間化合物、T

4、i3Al化合物，Ti(Mg,Al)固溶體及少量Mg17Al12。擴(kuò)散區(qū)硬度從鈦側(cè)至鎂側(cè)呈不斷減小趨勢(shì)，520℃、10min時(shí)的接頭顯微硬度達(dá)到最大，約為330.09HV。接頭的剪切強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的延長呈先增大后減小的趨勢(shì)，520℃、10min的接頭剪切強(qiáng)度值達(dá)到最大61MPa，約為AZ31B母材的43％。接頭的剪切斷裂面位于鈦/鎳界面附近，斷口呈韌-脆混合斷裂。
　　以Cu箔為中間層的AZ31B/Ti-6Al-4V接頭顯微組織從T

5、i-6Al-4V側(cè)向AZ31B側(cè)依次為：γ-Cu固溶體，Cu3Ti、Cu2Al化合物，Mg-Cu-Al三元金屬間化合物，Mg17(Cu,Al)12及(α-Mg+Mg2Cu)共晶組織。接頭硬度從鈦側(cè)至鎂側(cè)呈先減小后增大最后再減小的趨勢(shì)，520℃、20min時(shí)的接頭顯微硬度值最大，為292.87HV。接頭的剪切強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的增加呈先上升后趨于平緩的規(guī)律，520℃、20min的接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值69MPa，約為AZ31B母材的49%。接

6、頭沿銅/鎂界面發(fā)生剪切斷裂，斷口呈韌-脆混合斷裂。
　　以Al箔為中間層的AZ31B/Ti-6Al-4V接頭顯微組織從鈦側(cè)到鎂側(cè)的顯微組織依次是：α-Ti固溶體、Ti3Al化合物，(α-Mg+Mg2Al)共晶組織及少量Mg17Al12化合物。接頭顯微硬度呈階梯狀下降趨勢(shì)，540℃、10min時(shí)的顯微硬度最大，為306.87HV。接頭的剪切強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的延長呈先增大后減小的規(guī)律，540℃、20min的接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值71MP