TiAl-AgCuTi-42CrMo釬焊機(jī)理及工藝研究.pdf

1、新型高溫結(jié)構(gòu)材料TiAl合金具有高的比強(qiáng)度、比剛度、良好的高溫力學(xué)性能及良好的抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軍用戰(zhàn)車、民用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上有著廣闊的應(yīng)用前景。將TiAl合金渦輪與42CrMo鋼軸連接制成增壓渦輪轉(zhuǎn)子在發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用，可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)速度，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。本文采用試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)AgCuTi釬料真空釬焊TiAl合金與42CrMo鋼的界面反應(yīng)機(jī)理及界面反應(yīng)層的成長(zhǎng)行為進(jìn)行了深入研究

2、，闡明了TiAl合金在液態(tài)釬料中的溶解現(xiàn)象和規(guī)律，揭示了工藝參數(shù)與釬焊接頭力學(xué)性能之間的關(guān)系，研究了接頭綜合力學(xué)性能。
　　TiAl合金/AgCuTi/42CrMo鋼釬焊接頭界面組織分析表明，接頭界面共有五種反應(yīng)相生成，分別是：AlCuTi、Ti3Al、AlCu2Ti、Ag[s,s]和TiC。典型的接頭界面組織可以分為三個(gè)反應(yīng)區(qū)：(1)靠近TiAl合金的Al-Cu-Ti三元系金屬間化合物反應(yīng)層，包括Ti3Al+AlCuTi反應(yīng)層和

3、AlCu2Ti反應(yīng)層；(2)釬縫中間區(qū)，即Ag[s,s]以及分布于其中的不規(guī)則的AlCu2Ti反應(yīng)相和少量Ag-Cu共晶組織；(3)靠近42CrMo鋼的TiC反應(yīng)層。工藝試驗(yàn)表明，工藝參數(shù)對(duì)界面反應(yīng)產(chǎn)物的種類和形態(tài)以及界面結(jié)構(gòu)有直接影響。隨著釬焊工藝參數(shù)的提高，TiAl合金母材側(cè)的Al-Cu-Ti三元系金屬間化合物層厚度逐漸增大；釬縫中部的Ag[s,s]所占比例逐漸減小；TiC反應(yīng)層厚度逐漸增大。
　　TiAl合金/AgCuTi/

4、42CrMo鋼釬焊接頭基本力學(xué)性能以及斷裂位置的研究表明，釬焊工藝參數(shù)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響存在優(yōu)化取值，當(dāng)釬焊溫度為1173K、保溫時(shí)間為300s時(shí)，釬焊接頭室溫力學(xué)性能最高，室溫拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度分別為347MPa和229MPa。釬焊接頭室溫和高溫673K的綜合力學(xué)性能研究表明，室溫拉伸、高溫拉伸、室溫彎曲、高溫彎曲、室溫剪切以及高溫剪切強(qiáng)度分別為：347MPa、270MPa、501MPa、351MPa、229MPa、186MPa；U

5、形缺口釬焊接頭的平均沖擊功為2.28J；三種直徑(13mm、16mm、20mm)的釬焊接頭扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度分別為136N·m、270N·m、490N·m。
　　分析了固態(tài)金屬/液態(tài)釬料界面的原子擴(kuò)散行為，建立了固態(tài)母材向液態(tài)釬料中溶解量的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)溶解量的數(shù)學(xué)模型存在的缺點(diǎn)建立了母材溶解厚度的數(shù)學(xué)模型。將母材溶解厚度的數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到TiAl合金/AgCuTi/42CrMo鋼的釬焊過(guò)程中，采用非線性擬合的方法確定了TiAl合金在釬料中的

6、極限溶解度和溶解速度常數(shù)，從而得到TiAl合金溶解厚度的數(shù)學(xué)公式。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證表明，溶解厚度數(shù)學(xué)模型具有較高的準(zhǔn)確性，能夠用于研究高溫釬焊條件下母材的溶解厚度、溶解特性及評(píng)價(jià)釬料對(duì)母材的溶蝕性，這對(duì)于TiAl合金釬焊接頭的實(shí)用化有著重要意義。
　　分析了金屬與釬料接頭界面反應(yīng)產(chǎn)物層隨保溫時(shí)間的成長(zhǎng)行為，建立了采用AgCuTi釬料釬焊TiAl合金與42CrMo鋼接頭界面反應(yīng)層，包括Ti3Al+AlCuTi反應(yīng)層、AlCu2Ti反應(yīng)層