一、TC4/SiC扩散焊接工艺研究(论文文献综述)
张绪锐[1](2021)在《TC4钛合金与304不锈钢真空钎焊及接头组织性能研究》文中提出钛合金材料由于其耐蚀性好、疲劳强度高、比强度高等优异的性能,在军工、航天及海洋工程等领域已经成为无法替代的重要战略物资。但是钛合金材料加工成型工艺复杂,价格昂贵,工业制造中钛合金材料往往不会被单独使用,而是经常采用钛合金与其他材料制作成复合结构以达到优势互补的效果。本文将采用新型TiZrCuNi非晶钎料和传统AgCu共晶钎料对TC4钛合金与304不锈钢进行真空钎焊试验,并采用XRD衍射、SEM扫描电子显微镜、EDS能谱实验和剪切实验等表征手段对钎焊接头的界面组织、元素在母材与钎料中的扩散、焊接过程中的界面反应、相组成及反应机理等进行系统研究。结果表明,采用TiZrCuNi非晶钎料制备的钎焊接头,当钎焊温度为T=980℃,保温时间t=10min时,接头中发现有Ti-Fe金属间化合物和少量(Ti,Zr)2(Ni,Cu)金属间化合物。不同焊接工艺参数下的TiZrCuNi非晶钎料对304不锈钢的润湿性都比较差,而TiZrCuNi非晶钎料与TC4钛合金之间有很好的相容性。提高钎焊温度有利于304不锈钢母材向钎料中溶解,但会导致焊缝中金属间化合物的增加。本实验条件下当工艺参数为钎焊温度T=980℃,保温时间t=10min,获得最大剪切强度154.3MPa。采用AgCu共晶钎料钎焊时,接头界面中观察到大量Ag基固溶体和部分Ti-Cu金属间化合物等反应相的存在。工艺参数为钎焊温度T=820℃,保温时间t=10min时,钎焊接头的界面微观结构为:γ-Fe+TiFe/Cu2Ti+TiFe/Ag基固溶体/CuTi/β-Ti+少量CuTi。随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,钎料与母材之间的元素扩散更加充分,接头的界面反应加剧,导致焊缝中脆性的Cu-Ti金属间化合物含量增加;同时也会引起AgCu钎料流失,焊缝中心区Ag基固溶体含量减少。钎焊温度T=820℃,保温时间t=10min时,接头界面反应层厚度适中,脆性的金属间化合物含量较少,接头的剪切强度达到348.7MPa。
郝晓虎[2](2020)在《TC4钛合金/304不锈钢薄板钨极氩弧焊接头组织及性能研究》文中研究指明钛合金/不锈钢复合结构具有钛合金比强度高、耐蚀性好和不锈钢价格低廉等优点,能够充分满足现代制造业结构减重和功能多样化要求的同时兼顾经济性,在航空航天、能源化工、发动机以及生物医学等领域具有重要的应用价值。目前钛/钢异种金属熔化焊研究主要集中于激光焊和电子束焊等高能束焊接领域。然而高能束焊接技术及设备复杂、生产成本高,更适用于高附加值的特定对象的小批量生产。相比之下,钨极氩弧焊接头焊接质量高、操作简便、生产成本低,能灵活适应不同的焊接位置和焊接工况,是目前生产制造过程中应用最为广泛的熔化焊技术之一。因此研究开发钛合金与不锈钢的高质量钨极氩弧焊工艺,有利于促进钛/钢异种金属复合结构的推广和应用。然而钛合金与不锈钢物理化学性质差异大,接头中易生成脆性金属间化合物,焊接残余应力高,焊缝易开裂。本文采用1 mm厚TC4钛合金与304不锈钢薄板为主要研究对象,重点探究接头连接模式随焊接工艺的演变规律、焊丝合金元素对界面金属间化合物种类和形态分布的影响机制、接头残余应力的分布特点等关键问题,其研究结果对于不同厚度的钛合金与钢熔化焊连接均具有重要的理论价值和指导意义。本文的主要研究内容及结论如下:(1)首先研究了焊接电流对TC4钛合金/304不锈钢熔化焊接头成形、界面区微观组织及接头力学性能的影响。试验表明,焊缝中大量生成的TiFe2脆性相导致无填丝TC4钛合金/304不锈钢熔化焊接头难以成形,焊后即开裂。采用纯铜焊丝能够有效抑制焊缝中生成TiFe和TiFe2脆性相,避免接头焊后开裂。随焊接电流增加,TC4钛合金/304不锈钢接头连接模式由小电流焊接工艺下的钎焊模式逐渐转变成部分熔焊和完全熔焊模式。在小电流钎焊模式下,接头中TiFe2脆性相被完全抑制,钛/铜界面生成脆性较低的Ti2Cu、TiCu、AlCu2Ti、TiCu4和Ti2Cu3等金属间化合物,接头抗拉强度达到261 MPa。焊接电流升高时,α-(Fe,Cr)固溶体与铜固溶体在铜/钢界面区犬牙交错产生机械互锁效应,接头抗拉强度达到363 MPa。焊接电流增加至60A以上,TiFe2脆性相在铜/钢界面大量生成并呈网状分布,降低了接头抗拉强度。(2)熔合界面区中脆性金属间化合物的生成和控制是影响TC4钛合金/304不锈钢异种金属熔化焊接头力学性能的关键因素。因此,调控金属间化合物的种类,降低接头界面区金属间化合物脆性,就成了改善接头组织及性能的重要途径。本文采用铜合金焊丝焊接钛合金与不锈钢,揭示了铜基焊丝中Si、Al、Ni合金元素对界面区金属间化合物生成和接头力学性能的影响规律。小电流焊接工艺下,Si元素在钛/铜界面区边缘形成带状Ti5Si3相,阻碍了钛/铜界面区和焊缝之间的元素扩散,减少了界面区中的TiCu枝晶相;焊丝中加入Al元素,钛/铜界面区生成AlCu2Ti相,界面区硬度降低。Si、Al元素促进了铜/钢界面处的原子扩散,扩散层厚度显着增加。焊接电流升高时,合金元素的影响被弱化,TiFe2脆性相在界面区中大量生成,成为制约接头抗拉强度提升的主要因素。(3)小电流焊接工艺下Ni元素能促进铜/钢界面形成固溶体,接头抗拉强度随Ni含量增加而升高。熔焊模式下,Ni元素能够细化铜/钢界面区中的TiFe2脆性相。Ni含量增加至30 wt.%时,铜/钢界面区形成富铜γ-(Fe,Ni)固溶体,抑制了 TiFe2脆性相的连续分布,接头抗拉强度达到413 MPa。(4)为进一步揭示TC4钛合金/304不锈钢熔化焊接头界面冶金反应顺序及合金元素对金属间化合物生成的影响,本文基于Miedema理论,建立了形成焓△H、吉布斯自由能G和化学势μi的预测模型。热力学计算结果表明:Si、Al、Ni元素优先与Ti发生反应,抑制了钛/铜界面区中TiFe和TiFe2脆性相的生成。Si、Al、Ni合金元素在化学势驱动下向不锈钢基体扩散,界面扩散层厚度增加。(5)除界面脆性金属间化合物之外,较高的残余应力是制约TC4钛合金/304不锈钢熔化焊接头力学性能的另一个重要因素。本文采用有限元计算方法研究了焊接电流和填充金属对TC4钛合金/304不锈钢钨极氩弧焊接头残余应力分布的影响。计算结果表明:填充纯铜焊丝后,相比无填丝焊接头,高应力区转移至焊缝两侧的热影响区,焊缝中纵向残余应力显着降低。焊接电流升高时,细小金属间化合物在焊缝中产生弥散强化,导致焊缝中纵向残余拉应力增加,焊缝横向裂纹增多。采用镍基合金焊丝时,接头中Von-Mises应力显着降低,焊缝中纵向残余应力远低于焊缝金属抗拉强度,有利于抑制焊缝中的横向裂纹。(6)根据残余应力有限元计算结果,设计了 TC4钛合金/304不锈钢熔焊用Cu+Ni复合填充层,获得了 TC4钛合金/Cu包覆层/镍基焊缝/304不锈钢异种金属复合结构,扩大了焊接工艺窗口,抑制了焊缝中的横向裂纹。Cu中间层可以降低钛合金母材的熔化量,减少钛侧界面区中的脆性金属间化合物。采用Cu+Ni复合填充层,钛侧界面区生成β-Ti、Ti2Ni、TiNi、TiNi3金属间化合物和(Cr,Mo)固溶体;焊接电流升高,钛侧界面区中形成Ti(Fe,Cr,Ni)2和Ni-Fe-Cr-Ti多元化合物。镍基合金焊缝与不锈钢之间形成FeCrNi固溶体,无脆性金属间化合物生成。所有接头均断裂于钛侧界面区,接头抗拉强度均值可达432 MPa,单个试样抗拉强度最高可达485 MPa。
夏月庆[3](2020)在《Ti-Cu基钎料设计及钛合金/不锈钢真空钎焊机理研究》文中认为钛合金/不锈钢复合构件具有良好的耐腐蚀性、减重和低成本等优点,实现二者的可靠连接可以发挥两种材料的综合性能优势,具有重要的应用价值。钛和钢的物理化学性能差异较大,导致钛/钢焊接接头内易生成脆性金属间化合物并产生较大残余应力,真空钎焊是解决以上难题的有效方法。钛/钢真空钎焊存在钎料设计理论不完善、接头强度低、钎料合金组元与接头微观组织及性能关系不清楚以及界面反应机理不明晰等问题。本文以TC4钛合金/316L不锈钢异质金属组配为研究对象,主要研究Ti-Cu基钎料合金组元和钎焊工艺参数对钎焊接头组织和性能的影响,揭示钛/钢钎焊机理,旨在提高钎焊接头力学性能,为实现钛/钢钎焊接头的工程化应用提供理论基础和科学依据。本文基于“团簇理论”设计了新型Ti-Cu基非晶钎料,围绕钎料合金组元对TC4钛合金/316L不锈钢真空钎焊接头微观组织及性能的影响开展研究:采用电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段表征了 TC4钛合金/316L不锈钢钎焊接头内反应物相的晶体结构和微观组织演变规律;通过压缩剪切和纳米压痕方法研究了钎焊接头的力学性能,优化了钎料合金成分和钎焊工艺参数;分析了接头内反应层的形成机理和生长行为;结合接头断裂路径、不同反应层界面晶格错配度和纳米压痕测试揭示了接头断裂机理。本文主要研究内容和研究结论如下:(1)基于钎料团簇式[Ti-Cu6Ti8]Cu3,采用相似元素Ni替换Cu,Zr和V替换Ti,设计了 Ti33.3Zr16.7Cu50-xNix、Ti50-xZrxCu39Ni11 和 Ti38.8-xZr11.2VxCu39Ni11三种 Ti-Cu 基非晶钎料箔带,实现了钎料合金组元的大范围调控,随后分别探讨了 Ni、Zr、V三种合金组元含量对钎料特征温度和对母材润湿铺展性的影响。钎料液相线温度因Ni、Zr、V的替换有了不同程度的提升。当Ni和Zr含量分别为11 at.%和16.7 at.%时,Ti33.3Zr16.7Cu50-xNix和Ti50-xZrxCu39Ni11钎料对母材的润湿铺展性均较差;当V添加量为2.8 at.%时,Ti38.8-xZr11.2VxCu39Ni11钎料对钛合金的润湿铺展性最好,添加V对不锈钢的润湿铺展性影响不大。钛合金和不锈钢表面的铺展钎料均由基体相和初生相组成;提高Ni、Zr和V含量均可促进钛合金母材溶解和脱落。(2)通过元素分布、定量分析以及透射选区衍射详细表征了 TC4钛合金/Ti-Cu基钎料/316L不锈钢真空钎焊接头内物相结构和界面组织特征。钎焊接头具有分层界面微观结构:钛合金母材/扩散区/钎缝/界面区/不锈钢母材。扩散区由魏氏体和β-Ti转变区组成,形成于钎料中的Cu扩散进入钛合金母材;钎料组元残留区和FeTi反应层组成了钎缝,其中所有的钎料合金组元均在钎料组元残留区得到保留;Fe2Ti、FeCr和α-Fe三个反应层在界面区内依次形成,主要是由Ti在不锈钢母材中的固相扩散所导致,其中FeCr和α-Fe反应层的形成是由Cr元素上坡扩散引起。在FeTi/Fe2Ti界面附近有亚微米级β-Ti相析出,该亚微米相和FeTi以及Fe2Ti相具有良好的晶粒取向关系,有利于提升钎焊接头强度。(3)详细探讨了钎焊工艺参数和钎料中Ni、Zr和V三种合金组元含量对接头内主要反应区演变规律的影响。随着钎焊温度升高和钎焊时间延长,从钎料中向不锈钢母材中扩散的Ti原子数量增加并实现了远距离扩散,加剧Cr元素上坡扩散和偏聚,导致界面区厚度增加,其中α-Fe反应层增厚最明显;钎焊温度是影响钎缝中FeTi反应层厚度变化的主要钎焊工艺参数,温度升高加剧了钎料和不锈钢之间的冶金反应,FeTi反应层厚度因此增加。Ni含量增加削弱了钎料和不锈钢母材间的相互扩散和反应,FeTi和界面区厚度均呈减小趋势。钎料中Ti含量因Zr和V的替换而降低,钎料和母材之间的冶金反应因此减弱,进而导致FeTi反应层厚度减小;从钎料中向不锈钢母材中扩散的Ti原子数量减少,界面层因此减薄。(4)基于断裂处的界面晶格结构揭示了钎焊接头断裂行为,并建立了界面组织-力学性能的对应关系。钎焊过程中,FeTi/Fe2Ti界面为固/液界面,具有较大残余应力,且FeTi和Fe2Ti两相难以构成晶粒取向关系,导致该界面成为接头的主要裂纹源。Fe2Ti和FeCr两反应层具有相近的纳米压痕硬度(14.8 GPa/14.9 GPa)和弹性模量(215.8 GPa/222.2 GPa),且它们之间具有较小的晶面错配度(13.92%)和晶向错配度(10.21%),因此裂纹在Fe2Ti和FeCr反应层中的扩展行为相似。FeTi反应层厚度是影响接头强度的主要因素,FeTi反应层增厚有利于提高接头强度。钎料成分优化后,Ni、Zr和V含量分别为11 at.%、16.7 at.%和5.8 at.%。在990℃/10 min钎焊条件下,使用Ti33.3Zr16.7Cu39Ni11非晶钎料可获得最大接头剪切强度318 MPa,该强度值高于公开报道的其它使用Ti基钎料钎焊钛/钢接头强度。
范龙,何鹏[4](2020)在《TiAl合金与置氢0.5% TC4钛合金的扩散焊接工艺》文中指出对TiAl合金直接扩散焊接和使用置氢0.5%(质量分数) TC4钛合金与TiAl合金的扩散焊接开展了研究,使用了SEM,EDS,XRD和抗剪强度试验等方法分析了焊接接头的组织和性能,研究了焊接温度、连接时间和焊接压力对接头界面及力学性能的影响。结果表明,当工艺参数为1 473 K/60 min/30 MPa时,TiAl合金直接扩散焊接界面孔洞完全消失,接头抗剪强度达到285 MPa;采用置氢0.5%TC4钛合金作为中间层扩散焊接TiAl合金时,当工艺参数为1 123 K/30 min/15 MPa时,扩散焊接界面的孔洞消失,并有一定厚度的反应层生成,接头抗剪强度可达290 MPa,断口界面相组成主要为TiAl,Ti3Al,TiAl2和Ti3Al5等脆性相;相对于TiAl合金直接扩散焊接,采用置氢0.5%TC4合金为中间层扩散焊接TiAl合金能大幅降低TiAl合金扩散焊接工艺参数。
卢伟泽[5](2020)在《基于微洞焊合模型的钛合金喷注器扩散焊有限元模拟研究》文中研究表明层板式喷注器由多层带有精密型孔的薄板所组成,作为液体火箭发动机燃烧室的关键结构之一,已在航天器、导弹等领域得到广泛的应用。但喷注器的制造过程采用扩散焊接的方法,局部易产生焊接变形的问题,因而制造难度较大、成品率较低。同时焊接变形的影响因素及变化规律也较为复杂,难以从理论上指导工艺优化,并且工艺试验的周期较长,难以满足各型号研制的进度要求。本文运用扩散焊接界面微洞焊合模型以及有限元模拟技术,对喷注器的扩散焊接进行理论计算与模拟研究,探究焊后变形的机理,为解决层板式喷注器的制造问题提供理论依据。本文以塑性变形、表面源、界面源和蠕变四个理论模型为基础,针对扩散焊接界面的变化行为,综合推导并修正了微洞焊合模型的计算公式,设计了模型的计算流程与结果的表征方式。通过将本模型的计算数据与已有的实验数据相比较,发现误差较小,说明模型具有一定的预测能力。运用本模型对TC4钛合金扩散焊接的界面焊合进行理论计算与分析,研究了模型中不同理论对于微洞焊合的影响,并分析了工艺参数对焊合率的影响机理。结合微洞焊合模型,对喷注器扩散焊的有限元模拟方法进行探究,建立了模型的整体结构与焊接工艺曲线,定义了焊接临界点并提出了临界点前后焊接界面的变化假设。基于假设建立了模型的接触关系及力学约束等必要条件,使之真实地反映焊接界面及整体结构的变化情况。结合喷注器的结构特点,提出了扩散焊接焊后变形的评价方式,包括层板厚度变化、型孔中心偏移、型孔半径变化等。运用所提出的方法,模拟得到焊接过程中所产生的蠕变变化规律,结果表明蠕变应变主要集中在型孔的内壁和周围以及扩散焊接界面的附近。结合微洞焊合模型以及喷注器扩散焊的有限元模拟方法,分析了工艺参数和几何结构对变形的影响,包括焊接压力、焊接温度、型孔初始尺寸、型孔初始位置、型孔初始中心距等因素。结果表明,焊接压力与温度越大对变形与蠕变的影响越显着;几何结构的变化对焊后厚度与型孔半径的影响不明显,而不同几何因素对焊后型孔中心距的变化具有不同的影响。使用线性回归模型对所有涉及到的影响因素进行拟合,得到了定量的分析结果,提出了用于描述喷注器焊后变形机理的定量关系式。采用TA2为焊接材料进行了扩散焊接试验,并建立与试验相对应的有限元模型。将试验结果与模拟结果进行比对发现相对误差均较小,从而在一定程度上说明了模拟方法的有效性。另外,基于微洞焊合模型开发出扩散焊接预测系统,能够预测出扩散焊接完成所需的时间、模型中不同理论对于界面处焊合率的影响,以及焊合率随着焊接时间变化的数据等结果,使得扩散焊接变形的研究更加便捷。
方永建[6](2020)在《4J29/4J36铁基合金与TC4钛合金异种金属焊接组织及性能研究》文中提出4J29 Kovar合金/4J36 Invar合金和TC4钛合金的复合构件具有轻质和经济适用性好等特点,同时可以集成性能优点,提高构件的使用性能,在机械工业、电子制造、化学化工、船舶工业以及航空航天等领域展现了不错的应用前景。然而,在复合构件的焊接中,容易在焊缝中产生脆性相以及残余应力,所以复合构件在焊缝处容易发生脆性断裂。为了找到提高复合构件焊接质量的方法,首先开展了4J29 Kovar合金和TC4钛合金的真空扩散焊,以Co箔作为中间夹层,然后开展了4J29 Kovar合金和TC4钛合金的真空电子束焊,以Cu箔和Nb箔的组合作为中间夹层,最后开展了4J36 Invar合金和TC4钛合金的真空电子束焊,以V箔和Fe箔的组合作为中间夹层。随后,分析了焊接工艺参数以及夹层的植入对焊缝显微组织和焊接接头机械性能的影响,明确了不同条件下焊接接头焊缝的形成机理。添加Co夹层对4J29 Kovar合金和TC4钛合金进行真空扩散焊接,探究了焊接温度的选择对焊缝微观组织以及焊接接头机械性能的影响。添加Co夹层后,焊缝中没有产生明显的缺陷。钛合金与Co夹层之间的界面主要由Ti Co3、Ti Co2、Ti Co和Co Ti2组成。这些Ti-Co相的存在以及钛合金魏氏组织的形成严重降低了焊接接头的抗拉强度。而Kovar合金与Co夹层之间的界面主要由Co的固溶体组成。在825°C下,焊接接头具有最大的抗拉强度,仅为58.5 MPa。Ti-Co相的厚度会随着焊接温度的上升而不断增加,进一步损害焊接接头的抗拉强度。在拉伸测试中,接头的断口表面都表现出脆性断裂的特征。随着焊接温度的升高,断裂位置逐渐接近Co Ti2和钛合金之间的界面,表明Co Ti2的脆性最高。当焊接温度太高以及保温时间太长时,由于较厚Ti-Co相和钛合金魏氏组织的产生,4J29-Co-TC4扩散焊接接头质量较差。因此,在以后的工作中应采取较低的焊接温度和较短的保温时间来进行焊接。4J29 Kovar合金和TC4钛合金的真空电子束焊接通过Cu/Nb复合夹层的加入来实现,主要分析了Nb箔厚度的变化对焊缝区微观组织和焊接接头机械性能的影响。结果表明,焊缝的表面比较平坦且连续,没有产生明显的焊接缺陷。Nb箔为0.22 mm时,钛合金与Cu/Nb复合夹层焊缝区的微观组织主要由Ti固溶体和Fe Ti组成。Nb箔为0.40 mm时,钛合金与Cu/Nb复合夹层焊缝区的微观组织主要由Ti固溶体和Cu Ti2组成。Nb箔厚度的增加可以促进了钛合金侧焊缝区中Ti固溶体的形成,有利于提高焊接接头的韧性。在两种情况下,Kovar合金与Cu/Nb复合夹层之间的结合较好。此外,Cu0.5Fe0.5Ti都在钛合金侧的焊缝区中形成。拉伸测试结果表明,焊接接头均在钛合金侧的焊缝区中发生断裂。Nb箔为0.40 mm时,可以阻碍大量的Fe原子向钛合金侧焊缝区的扩散,从而促进Ti固溶体和少量Cu Ti2的形成,并消除Fe Ti的存在,焊接接头的抗拉强度被有效地增加到150 MPa,且焊缝区中的硬度发生急剧下降。因此,Cu/Nb复合夹层的使用可以增加焊缝区中固溶体的含量,并提高4J29 Kovar合金和TC4钛合金的焊接质量,但由于焊缝中存在熔化不足的缺陷,导致接头抗拉强度较低,所以需要进一步优化焊接参数来消除这一缺陷。通过添加V/Fe复合夹层实现了4J36 Invar合金和TC4钛合金的真空电子束焊接,并探索了电子束流的改变对焊缝区微观组织和焊接接头机械性能的影响。当采用的电子束流大小为9 m A和10 m A时,钛合金与V夹层的焊缝区中发生熔化的金属主要为钛合金,两者之间不存在良好的冶金结合。Invar合金与V夹层的焊缝区中存在未熔化的Fe夹层,并发现了裂纹的存在。当电子束流增加到11 m A时,焊接接头获得了较好的抗拉强度(168.8 MPa)。钛合金与V夹层焊缝区中的微观组织主要由V含量较高的Ti-V固溶体组成。Invar合金与V夹层之间焊缝区的微观组织主要由Fe固溶体和少量的Fe-V固溶体组成,焊缝区的平均硬度值仅为203 HV。电子束流为12 m A时,在Invar合金侧焊缝区与V夹层的界面处存在大量的脆性σ相,极大地提高了焊缝的裂纹敏感性。因此,V/Fe复合夹层的添加可以有效地避免焊缝中脆性金属间化合物的产生,提高了4J36Invar合金和TC4钛合金的焊接质量,为了进一步提高焊接质量,可以通过调整束偏移的位置来降低退火V的影响。
郜雅楠[7](2020)在《TiBw/TC4与GH4169薄板钎焊接头组织与性能》文中认为钛基复合材料具有轻质、耐热和高强韧的优点,在耐高温结构件中显现出巨大的应用潜力,但在高于700℃环境不够稳定。而镍基高温合金具有高强度和高耐热的优势,但存在密度大使用成本高的缺点。为进一步扩大钛基复合材料的应用范围以降低高温结构件重量,并最大化的利用钛基复合材料和镍基高温合金的优点,研究钛基复合材料与高温合金焊接可行性与分析接头形成机理具有重要的意义。本文利用基于TIG热源开发了一种接头性能优异且实用高效的焊接方法,实现TiBw/TC4复合材料与GH4169合金的异种连接,研究焊接方法、焊接工艺参数和钎料对接头微观组织和力学性能的影响规律;揭示接头显微组织的演变及其与接头力学性能的关系;深入讨论采用非晶Ti-Zr-Cu-Ni和Cu钎料所得接头的微观组织的形成原因,探究基于TIG热源钎焊接头的形成机理;并对采用Cu等钎料炉中钎焊所得接头组织性能进行分析,讨论炉中钎焊接头的形成过程。研究发现,基于TIG热源的钎焊,采用搭接形式并将电弧置于TiBw/TC4复合材料之上的方法可获得薄壁TiBw/TC4复合材料-GH4169合金异种接头,这为Ti-Ni异种材料连接提供了一种新型高效的焊接方法。接头可分为TiBw/TC4复合材料熔化再凝固区、TiBw/TC4复合材料、焊缝和GH4169合金。焊缝中的产物均为脆性的Ti-Ni金属间化合物。焊接电流与焊接速度良好配合时获得最大的接头剪切强度,为56 MPa(70 A,90 mm/min)。为减少接头中Ti-Ni脆性金属间化合物的形成,选择非晶Ti-Zr-Cu-Ni和Cu作为钎料进行TIG热源条件下的钎焊。采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶箔片所得接头焊缝中产物几乎全部为(Ti,Zr)2(Cu,Ni)。但焊缝与GH4169合金的界面处形成一个Laves相薄层。Cu作为钎料可以有效减少甚至抑制Ti-Ni金属间化合物的形成,获得优异的薄壁TiBw/TC4复合材料与GH4169合金异种接头。焊缝的产物与热输入关系密切,热输入由低到高,焊缝中产物由Ti-Cu金属间化合物转变为Ti-Ni-Cu三元化合物再转变为Ti-Ni-Cu三元化合物与少量Ti-Ni金属间化合物。剪切强度随热输入的增加(焊接电流增加或焊接速度减小)呈现先增大后减小的趋势。Cu钎料为0.02 mm时,接头中存在较多未完全反应的Cu且无Ti-Ni金属间化合物形成。采用Cu钎料连接TiBw/TC4复合材料与GH4169合金的机理时,母材中的Ti元素与钎料Cu元素相互扩散发生共晶反应形成液相,与两侧母材交互作用,冷却后实现了两侧母材的冶金结合。基于TIG热源的钎焊条件下,接头强度与焊接参数密切相关。非晶Ti-Zr-Cu-Ni钎料所得接头最大剪切强度为200 MPa,对应焊接工艺为:100 A、100 mm/min。不同厚度Cu对应不同的最佳焊接参数。Cu厚度为0.04 mm的接头最高剪切强度为208 MPa,对应工艺参数60 A、90 mm/min;Cu厚度为0.1 mm的接头最高剪切强度为370 MPa,工艺参数为100 A、110 mm/min;Cu厚度为0.2 mm的接头剪切强度最高,为616 MPa,对应工艺参数90 A、100 mm/min。炉中钎焊条件下,非晶Ti-Zr-Cu-Ni钎料和Cu都可以获得优异的薄壁TiBw/TC4复合材料与GH4169合金的异种接头。采用非晶Ti-Zr-Cu-Ni作为钎料焊接时,Ti-Zr-Cu-Ni非晶钎料在钎焊加热过程中熔化形成液相,液相与母材间元素扩散,冷却时发生共析等反应。接头焊缝由(Ti,Zr)2(Cu,Ni)和(α+(Ti,Zr)2(Cu,Ni))共析组织形成,900℃/保温5 min所得接头剪切性能最高为241 MPa。采用Cu作为钎料的钎焊接头中主要为Ti-Cu金属间化合物和共析组织。剪切强度随保温时间和钎焊温度的增加呈现先增大后减小的趋势。最大剪切强度为380 MPa,对应工艺参数为910℃/保温5 min。
周栎昕[8](2020)在《TC4钛合金扩散连接接头塑性变形行为及应力模拟研究》文中提出TC4钛合金具有比强度与比刚度高、耐热、强韧、可焊接、耐腐蚀和抗疲劳等突出优点,已成为目前世界上应用范围最广的一种钛合金,被广泛应用于航空航天、船舶汽车等工程领域。针对当前对于扩散连接接头塑性变形行为鲜有研究的情况,本课题将围绕TC4钛合金在扩散连接过程出现的接头塑性变形行为进行研究,设计不同特点的接头流道结构,研究焊接工艺参数对不同流道接头宏观塑性变形的影响;分析接头微观组织及显微织构,通过有限元模拟的方法,模拟不同流道结构的接头在不同焊接工艺参数下的应力分布,阐明接头流道结构、工艺参数、接头组织与塑性变形行为的关系。这一研究对于填补扩散焊接头塑性变形方面研究的不足,以及对钛合金的焊接工艺指导有着重要意义。采用不同的扩散连接温度与压力进行TC4/TC4的扩散连接试验,对接头塑性变形进行了研究。随着温度或压力的升高,流道空间被下方金属挤压填充,变形程度增大,槽孔截面积变化率增加。此外,当温度升高时,槽孔截面积变化率呈线性增长,而随着压力升高,其截面积变化率先显着提高然后平缓增加。针对接头的不同流道结构,对TC4/TC4扩散焊接头变形行为进行分析。当连接温度与压力一定时,矩形槽孔截面积变化率始终为最低值,表明相对于其他流道结构,矩形流道结构的扩散连接接头焊后变形程度最小。当连接温度(900℃)或压力(1.5MPa)较低时,直角槽孔的面积变化率最大;而当连接温度(900℃)或压力(3MPa)增加后,圆拱槽孔的截面积变化率变为最大,表明圆拱流道结构对温度和压力的变化更加敏感,其扩散连接接头焊后更易变形。此外,等腰槽孔的变形行为与直角槽孔相似,但变形程度始终较后者更低。采用金相组织观察和EBSD等分析方法,对TC4/TC4扩散焊接头不同区域的微观组织进行晶粒形貌和织构分析。在晶粒形貌方面,焊缝处的晶粒组织相对细小均匀,在焊缝上方及孔道周围的区域中,部分α钛晶粒明显长大。在晶粒取向方面,以焊缝为界,在此界面上方的晶粒其晶面取向趋于(0001),而在界面下方的晶粒则趋于α钛的最易滑移面(101—0)。采用热-力顺序耦合法,对TC4/TC4扩散连接过程进行有限元数值模拟,结果表明孔道结构与连接温度对TC4/TC4扩散接头的应力应变分布有着显着影响。等效应力在接头及孔道的不同位置区域表现出差异分布,其中在孔道附近区域的应力值分布大小顺序与孔道截面积变化率分布的大小顺序相当,解释了不同孔道在同一工艺参数下变形程度不一的现象。连接温度的变化对于孔道的应力应变分布趋势影响不大,对应力应变的数值有较大影响,随温度升高,孔道变形程度不同,通过变形释放残余应力的程度也不同,导致接头等效应力最大值出现不同变化。
董兆博[9](2020)在《SiC陶瓷与高温合金复合铸件的界面组织及力学行为模拟》文中研究指明SiC陶瓷因其优异的性能,在航空航天、冶金石化等领域均有广泛运用;将高温合金与SiC陶瓷进行连接能够得到性能更好的复合构件,进一步拓宽两种材料的应用范围。而铸造工艺对于成型复杂形状构件具有其独特的优势,因此采用铸造工艺成型SiC陶瓷/高温合金复合构件具有较高的工程实用价值和意义。本文基于Miedema和Toop模型对采用Ni Ti合金中间层的SiC/K4169一体化铸件反应层内的物相析出行为进行热力学计算,并结合实验对结果进行验证,探究了界面反应及物相析出过程;同时采用有限元分析的方法,研究了界面结构、中间层成分和厚度等条件对一体化构件界面处应力分布及弯曲强度的影响。以Miedema二元合金生成热模型和Toop模型为基础,同时参考三元合金熔体中金属间化合物析出行为的热力学模型,对Ti元素含量为55%、65%、75%三种中间层成分条件下界面处反应层内可能生成的6种物相进行了热力学计算,得到了三种成分下各物相的Gibbs自由能与T的关系,并根据实验浇注温度1400℃求出各物相析出的Gibbs自由能,对比分析了采用不同成分中间层时各物相析出的热力学驱动力,结果表明:采用Ti元素含量为55%、65%、75%三种中间层成分条件下,Ti C相具有最高的热力学优势,会优先析出;Ti5Si3相同样具有析出优势,但随Ti元素含量的减少Gibbs自由能绝对值大幅减小,析出优势降低。采用Ni-55%Ti中间层浇注连接SiC陶瓷与K4169合金,实验发现界面反应层内存在Ti C,但并无Ti5Si3相,而出现了大量Ni/Si化合物,分析反应过程发现:反应层内提前析出的Ti5Si3会进一步与游离的SiC及大量的Ni元素反应生成Ni/Si化合物,从而消耗掉大量Ti5Si3相;随着中间层中Ti元素含量的减少,该现象更为明显,导致三种成分反应层内Ti5Si3相含量逐渐减少,最终在Ni-55%Ti时只有Ti C及Ni2Si相。同时Ti C在晶格匹配上与SiC陶瓷存在良好的相位关系,对反应层有利,Ti5Si3则相反,因此采用Ni-55%Ti中间层时应该具有更好的连接强度。基于热力学计算结果,利用有限元模拟技术,对12种界面结构、3种成分和4种厚度中间层条件下一体化构件弯曲实验过程中界面处的应力分布情况进行了模拟研究;并建立陶瓷失效的判据对模型的弯曲强度进行表征。模拟结果显示:三种类型连接界面结构中,截面尺寸为10×20mm的台阶结构具有最好的连接效果;中间层的加入可以有效减小SiC陶瓷端的最大等效应力,三种成分中,Ni-55%Ti中间层具有最好的连接效果;中间层厚度为0.6mm时各模型的应力集中区域面积及最大等效应力值均较小。模拟结果表明:截面尺寸为10×20mm的台阶(通台)结构采用0.6mm厚Ni-55%Ti中间层时弯曲强度最高,为202.5MPa。
刘坤[10](2020)在《Super-Ni/NiCr叠层材料与钛合金扩散连接界面组织与性能研究》文中提出Super-Ni/NiCr叠层材料具有良好的抗氧化、耐腐蚀性、抗高温蠕变性能以及较高的韧性储备,在减轻结构重量和防止突发性断裂方面具有重要意义。TC4钛合金具有较高的比强度和断裂韧性,是航空发动机和飞机构架制造的关键材料,实现Super-Ni/NiCr叠层材料与TC4钛合金的可靠连接,在航空关键部件制造领域具有较大的潜在应用价值。但是Super-Ni/NiCr叠层材料因自身结构的特殊性,复层金属受热易于脱离基层,熔焊接头裂纹孔洞问题突出,严重制约了叠层材料与TC4钛合金异质结构的发展和应用。为充分发挥叠层结构优势,推进叠层材料与TC4连接结构在航空制造领域的应用,针对叠层材料焊接性较差问题,本文采用真空扩散焊工艺,对叠层材料复层Super-Ni及基层Ni80Cr20与TC4钛合金的连接进行了试验研究。基于接头叠层结构成形稳定性,优化了真空扩散焊工艺,建立了扩散焊工艺参数、界面组织特征、元素扩散行为与接头性能之间的内在联系。为避免高温扩散焊钛合金软化问题,对加热温度进行优化,在焊接温度950℃焊接压力5 MPa,保温30-90 min,采用无中间层、单一Cu箔中间层、Cu箔+Ti粉复合中间层实现了叠层材料与TC4钛合金的扩散连接。扩散焊接头的界面孔洞和裂纹是影响界面结合性能的主要因素,较薄的Super-Ni在高温及冷却过程形成较大残余应力导致裂纹萌生并扩展。Ni80Cr20/TC4复合中间层扩散焊界面,保温时间较短易引起界面开裂,界面处横向微裂纹在界面孔洞处起裂,沿着Ti2Cu+TiCu层向TC4侧扩展,Ti2Cu+TiCu共晶组织的取向变化引起裂纹路径偏转,裂纹止裂于Ti2Cu层。针对叠层材料与TC4钛合金不同中间层扩散焊过渡区组织特征,提出特定划分方案,无中间层接头过渡区形成TiNi3、TiNi和Ti2Ni界面反应层;Cu中间层扩散焊接头过渡区划分为富Cu反应层和富Ti反应层;界面原子充分扩散混合的Cu+Ti复合中间层过渡区划分为富Ti层和Ti-Cu-Ni反应层。Ni80Cr20/TC4过渡区形成Ti2Ni层、TiNi层和Ti(Ni,Cr)3+Crss层。过渡区和反应层宽度与保温时间均满足抛物线规律,Super-Ni/TC4界面TiNi层明显宽于TiNi3层和Ti2Ni层。Ni、Ti元素扩散系数的较大差异(DNi inTi>>DTi in Ni)和后期形成的TiNi层对两侧反应层中Ni、Ti的消耗,导致了Ni80Cr20/TC4界面处贫镍富铬区的形成。从高温界面物质形态转变和原子扩散路径的角度分析了 Ni、Ti非对称扩散机理对元素分布的影响。Ti、Cu原子接触促进原始晶界液化形成过渡液相,晶界和过渡液相共同加剧了 Ti元素扩散,形成Ti、Ni元素非对称扩散,Ti元素可扩散至Super-Ni侧形成Ti-Cu-Ni反应层。保温时间 90 min 时,Super-Ni/Cu+Ti/TC4 和 Ni80Cr20/Cu+Ti/TC4 扩散焊接头获得最大剪切强度,分别为85.4 MPa和72.4 MPa。无中间层、Cu箔、Cu箔+Ti粉中间层得到的叠层材料与TC4钛合金扩散焊接头断口形貌分别为规则多面体坑、解离台阶和集中分布的小尺寸多面体坑、块状和细小颗粒状的脆性相。接头剪切断裂机理主要体现在剪切应力作用下,界面附近显微组织内部的晶界发生滑移,形成滑移台阶,产生位错聚集并发展成为裂纹源。Super-Ni与TiNi3反应层之间界面承受剪切应力,Super-Ni具有一定的塑性,沿剪切面可发生小距离的晶粒协调变形但受到变形能力较差的密排六方结构TiNi3限制,当晶体面剪切应力达到界面结合强度时,接头发生剪切断裂。本文从界面微观组织、元素界面扩散及反应、界面结合机理和接头力学性能等方面对叠层材料与TC4钛合金扩散焊接头进行了较为系统的研究。该研究成果为进一步开展新型航空轻质叠层材料的研制及扩散连接提供了重要的试验依据和理论支持,为推动叠层材料在航空制造领域的应用具有重要意义。
二、TC4/SiC扩散焊接工艺研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、TC4/SiC扩散焊接工艺研究(论文提纲范文)
(1)TC4钛合金与304不锈钢真空钎焊及接头组织性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 钛合金的简介 |
1.2.1 钛合金的分类 |
1.2.2 钛合金的应用 |
1.2.3 TC4钛合金简介 |
1.3 异种金属的焊接 |
1.3.1 异种金属焊接的特点及意义 |
1.3.2 常用的异种金属焊接方式 |
1.3.3 异种金属焊接难点 |
1.4 钛合金与不锈钢焊接的国内外发展现状 |
1.4.1 钎焊 |
1.4.2 熔焊 |
1.4.3 扩散焊 |
1.5 本实验的主要研究内容 |
第二章 试验材料和方法 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 试验基体材料 |
2.1.2 试验中间层钎料 |
2.1.3 非晶钎料DSC分析和XRD测试 |
2.2 试验设备及方法 |
2.2.1 试验设备 |
2.2.2 试样的制备 |
2.3 钎焊工艺 |
2.3.1 钎焊工艺路线 |
2.3.2 钎焊工艺参数 |
2.4 微观组织观察和力学性能测试 |
2.4.1 金相观察 |
2.4.2 微观组织形貌观察与成分分析 |
2.4.3 钎焊接头XRD衍射分析 |
2.4.4 钎焊接头剪切强度测试 |
第三章 TiZrCuNi非晶钎料钎焊TC4和304SS |
3.1 接头显微组织观察与分析 |
3.1.1 接头SEM形貌观察及EDS分析 |
3.1.2 XRD测试与分析 |
3.2 焊接工艺参数对TC4/TiZrCuNi/304SS界面的影响 |
3.2.1 钎焊温度对接头界面的影响 |
3.2.2 保温时间对界面的影响 |
3.3 工艺参数对接头剪切强度的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 AgCu钎料钎焊TC4和304SS |
4.1 接头显微组织观察与分析 |
4.1.1 接头金相组织观察分析 |
4.1.2 接头SEM形貌观察及EDS分析 |
4.1.3 XRD测试与分析 |
4.2 焊接工艺参数对TC4/ AgCu/304SS界面的影响 |
4.2.1 钎焊温度对界面的影响 |
4.2.2 保温时间对界面的影响 |
4.3 工艺参数对接头剪切强度的影响 |
4.4 TiZrCuNi非晶钎料和AgCu钎料钎焊TC4/304SS的对比研究 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
攻读硕士期间研究成果 |
(2)TC4钛合金/304不锈钢薄板钨极氩弧焊接头组织及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 钛合金/钢异种金属焊接性分析 |
1.3 钛合金与钢异种金属连接研究现状 |
1.3.1 爆炸焊 |
1.3.2 摩擦焊 |
1.3.3 扩散焊 |
1.3.4 钎焊 |
1.3.5 高能束焊 |
1.3.6 电弧焊 |
1.4 合金元素对异种金属接头组织性能的影响 |
1.5 异种金属接头残余应力研究现状 |
1.6 问题提出及本文主要研究内容 |
2 试验材料与方法 |
2.1 母材 |
2.2 焊接材料的选取 |
2.3 试验设备和工艺方法 |
2.4 焊接接头性能测试分析 |
2.4.1 微观组织分析 |
2.4.2 力学性能评价 |
2.5 TC4/304SS异种金属接头温度场及应力场模拟计算 |
2.5.1 有限元模型构建与网格划分 |
2.5.2 材料热物理性能 |
2.5.3 有限元计算验证 |
3 填充纯铜焊丝的TC4/304SS接头微观组织与力学性能 |
3.1 引言 |
3.2 无填丝TC4/304SS钨极氩弧焊接头成形分析 |
3.3 填充纯铜焊丝的TC4/304SS接头微观组织及力学性能演变 |
3.3.1 接头成形及宏观形貌 |
3.3.2 微观组织 |
3.3.3 显微硬度分布 |
3.3.4 抗拉性能及断裂分析 |
3.4 填充纯铜焊丝的TC4/304SS接头连接机理分析 |
3.5 本章小结 |
4 焊丝合金成分对TC4/304SS接头组织及性能影响研究 |
4.1 引言 |
4.2 Si元素对TC4/304SS接头组织及性能的影响 |
4.2.1 Si元素对TC4/304SS接头微观组织的影响 |
4.2.2 Si元素对TC4/304SS接头显微硬度分布的影响 |
4.2.3 Si元素对TC4/304SS接头抗拉性能的影响 |
4.3 Al元素对TC4/304SS接头组织及性能的影响 |
4.3.1 Al元素对TC4/304SS接头微观组织的影响 |
4.3.2 Al元素对TC4/304SS接头显微硬度分布的影响 |
4.3.3 Al元素对TC4/304SS接头抗拉性能的影响 |
4.4 Ni元素对TC4/304SS接头组织及性能的影响 |
4.4.1 Ni元素对TC4/304SS接头微观组织的影响 |
4.4.2 Ni元素对TC4/304SS接头显微硬度分布的影响 |
4.4.3 Ni元素对TC4/304SS接头抗拉性能的影响 |
4.5 基于Miedema模型的TC4/304SS接头冶金反应热力学分析 |
4.5.1 形成焓和吉布斯自由能预测模型 |
4.5.2 TC4/304SS熔焊接头冶金反应热力学分析 |
4.6 本章小结 |
5 TC4/304SS钨极氩弧焊接头应力场有限元分析 |
5.1 引言 |
5.2 TC4/304SS钨极氩弧焊接头开裂分析 |
5.3 焊接热弹塑性有限元分析理论基础 |
5.3.1 焊接热传导分析理论 |
5.3.2 热弹塑性应力-应变本构关系 |
5.3.3 焊接应力场计算平衡方程 |
5.4 无填丝焊TC4/304SS接头温度场及应力场计算 |
5.4.1 温度场计算 |
5.4.2 应力场计算 |
5.5 填充纯铜焊丝TC4/304SS接头应力场分布 |
5.5.1 温度场计算 |
5.5.2 应力场计算 |
5.6 焊缝金属强化对TC4/304SS接头应力的影响 |
5.7 镍基合金中间层对TC4/304SS接头焊接残余应力的影响 |
5.8 本章小结 |
6 TC4/304SS异种金属熔焊接头复合填充层设计 |
6.1 引言 |
6.2 TC4/304SS异种金属接头Cu+Ni复合填充层 |
6.2.1 复合填充层设计思想 |
6.2.2 界面区微观组织演变 |
6.2.3 界面区显微硬度分布 |
6.2.4 抗拉强度及断裂分析 |
6.3 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(3)Ti-Cu基钎料设计及钛合金/不锈钢真空钎焊机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 钛合金与不锈钢的焊接性分析 |
1.3 钛合金与不锈钢焊接研究进展 |
1.3.1 熔焊 |
1.3.2 固相焊 |
1.3.3 钎焊 |
1.4 研究目的及主要内容 |
2 实验材料、设备及方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 母材 |
2.1.2 钎料设计及制备 |
2.2 试验过程 |
2.2.1 钎料润湿性试验 |
2.2.2 钎焊试验 |
2.3 接头微观组织和力学性能表征 |
2.3.1 接头微观组织表征 |
2.3.2 接头力学性能表征 |
3 TC4钛合金/Ti_(33.3)Zr_(16.7)Cu_(50-x)Ni_x/316L不锈钢钎焊接头研究 |
3.1 钎料晶体结构表征和差热分析 |
3.2 钎料对母材的润湿铺展性研究 |
3.2.1 铺展面积分析 |
3.2.2 铺展试样微观组织 |
3.3 TC4钛合金/316L不锈钢钎焊接头界面微观组织分析 |
3.3.1 接头元素分布 |
3.3.2 反应物相分析 |
3.4 接头微观组织和剪切性能演变 |
3.4.1 接头组织演变 |
3.4.2 反应区形成机理 |
3.4.3 Cu和Ni扩散行为分析 |
3.4.4 接头剪切强度 |
3.5 接头断裂分析 |
3.5.1 接头断裂路径 |
3.5.2 接头断口分析 |
3.5.3 接头断裂原因分析 |
3.6 本章小结 |
4 TC4钛合金/Ti_(50-x)Zr_xCu_(39)Ni_(11)/316L不锈钢钎焊接头研究 |
4.1 钎料晶体结构表征和差热分析 |
4.2 钎料对母材的润湿铺展性研究 |
4.2.1 铺展面积分析 |
4.2.2 铺展试样微观组织 |
4.3 接头微观组织演变和剪切性能 |
4.3.1 钎焊温度和钎料中Zr含量对接头组织的影响 |
4.3.2 钎焊时间和钎料中Zr含量对接头组织的影响 |
4.3.3 亚微米析出相分析 |
4.3.4 Zr和Ti扩散行为分析 |
4.3.5 接头剪切强度 |
4.4 接头断裂分析 |
4.5 界面区热力学分析 |
4.6 本章小结 |
5 TC4钛合金/Ti_(38.8-x)Zr_(11.2)V_xCu_(39)Ni_(11)/316L不锈钢钎焊接头研究 |
5.1 钎料晶体结构表征和差热分析 |
5.2 钎料对母材的润湿铺展性研究 |
5.2.1 铺展面积分析 |
5.2.2 铺展试样组织分析 |
5.3 接头微观组织演变和剪切性能 |
5.3.1 钎焊温度和钎料中V含量对接头微观组织的影响 |
5.3.2 钎焊时间和钎料中V含量对接头微观组织的影响 |
5.3.3 界面区生长行为研究 |
5.3.4 V和Ti扩散行为分析 |
5.3.5 接头剪切强度 |
5.4 接头断裂分析 |
5.4.1 接头断裂路径 |
5.4.2 裂纹起源分析 |
5.4.3 裂纹扩展分析 |
5.5 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(4)TiAl合金与置氢0.5% TC4钛合金的扩散焊接工艺(论文提纲范文)
0前言 |
1 试验材料及方法 |
2 试验结果及分析 |
2.1 Ti Al合金直接扩散焊接 |
2.2 置氢0.5%TC4钛合金与Ti Al合金的扩散焊接 |
2.3 置氢0.5%TC4钛合金中间层扩散焊接Ti Al合金 |
3 结论 |
(5)基于微洞焊合模型的钛合金喷注器扩散焊有限元模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究的背景和意义 |
1.2 课题相关领域国内外研究现状及分析 |
1.2.1 扩散焊的主要影响因素 |
1.2.2 钛合金扩散焊的国内外研究现状 |
1.2.3 扩散焊变形机理的研究现状 |
1.2.4 扩散焊过程中的蠕变现象与晶粒长大效应 |
1.3 本课题的主要研究内容 |
第2章 扩散焊微洞焊合模型的构建与机理研究 |
2.1 引言 |
2.2 模型假设与几何模型 |
2.3 界面处微洞焊合模型的推导过程 |
2.3.1 塑性变形作用的推导 |
2.3.2 表面源作用的推导 |
2.3.3 界面源作用的推导 |
2.3.4 蠕变作用的推导 |
2.3.5 计算流程与结果表征 |
2.4 材料性能参数 |
2.4.1 材料的屈服强度与剪切模量 |
2.4.2 材料的其它特性参数 |
2.4.3 界面处微洞的初始几何参数 |
2.5 界面处微洞焊合模型的验证 |
2.6 基于微洞焊合模型的理论分析 |
2.6.1 塑性变形对微洞焊合的影响 |
2.6.2 扩散焊接时间对微洞焊合的影响 |
2.6.3 扩散焊接温度对各作用模块的影响 |
2.6.4 扩散焊接压力对各作用模块的影响 |
2.7 本章小结 |
第3章 喷注器扩散焊的有限元模拟方法研究 |
3.1 引言 |
3.2 喷注器扩散焊的有限元模拟 |
3.2.1 模型的整体结构 |
3.2.2 材料性能参数 |
3.2.3 焊接工艺曲线与界面假设 |
3.2.4 接触关系与力学约束 |
3.3 模型的焊后变形评价 |
3.3.1 层板厚度变化 |
3.3.2 型孔中心偏移 |
3.3.3 型孔半径变化 |
3.4 焊接过程中蠕变的模拟结果与分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 喷注器扩散焊的变形及影响机理 |
4.1 引言 |
4.2 焊接工艺参数对焊后变形的影响 |
4.2.1 焊接压力的影响 |
4.2.2 焊接温度的影响 |
4.2.3 不同工艺参数对蠕变应变的影响 |
4.3 喷注器几何结构对焊后变形的影响 |
4.3.1 型孔初始尺寸的影响 |
4.3.2 型孔初始位置的影响 |
4.3.3 型孔初始中心距的影响 |
4.4 焊后变形机理的定性与定量分析 |
4.4.1 模拟结果的定性结论 |
4.4.2 模拟结果的定量分析 |
4.5 扩散焊有限元模拟的有效性检验 |
4.5.1 试验过程及结果 |
4.5.2 有限元模拟过程 |
4.5.3 模拟结果与分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 基于微洞焊合模型的扩散焊接预测系统设计 |
5.1 引言 |
5.2 系统的开发工具与关键技术 |
5.3 扩散焊接预测系统的功能实现 |
5.3.1 系统的界面布局与区域划分 |
5.3.2 系统整体设计框架及运算结果的呈现 |
5.3.3 系统辅助功能的设计框架及实现 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的成果 |
致谢 |
(6)4J29/4J36铁基合金与TC4钛合金异种金属焊接组织及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 异种金属的焊接 |
1.2.1 异种金属的直接焊接 |
1.2.2 采用纯金属夹层的异种金属焊接 |
1.2.3 采用合金夹层的异种金属焊接 |
1.3 异种金属焊接中夹层的设计 |
1.3.1 夹层材料的选择 |
1.3.2 夹层模式的选择 |
1.3.3 夹层厚度的选择 |
1.4 4J29/4J36铁基合金与TC4钛合金的异种焊接 |
1.5 本文研究意义及主要内容 |
第2章 实验材料与方法 |
2.1 实验材料与流程 |
2.2 实验设备 |
2.3 实验方案与工艺 |
2.3.1 TC4 钛合金与4J29 Kovar合金的扩散焊 |
2.3.2 TC4 钛合金与4J29 Kovar合金的电子束焊 |
2.3.3 TC4钛合金与4J36因瓦合金的电子束焊 |
2.4 材料分析测试方法 |
2.4.1 显微组织分析 |
2.4.2 机械性能分析 |
第3章 TC4钛合金与4J29可伐合金的扩散焊接 |
3.1 TC4钛合金与4J29可伐合金扩散焊焊缝微观组织 |
3.2 TC4钛合金与4J29可伐合金扩散焊焊接接头机械性能 |
3.3 TC4钛合金与4J29可伐合金扩散焊接接头形成机理 |
3.4 本章小结 |
第4章 TC4钛合金与4J29可伐合金的电子束焊接 |
4.1 TC4钛合金与4J29可伐合金电子束焊焊缝形貌与微观组织 |
4.2 TC4钛合金与4J29可伐合金电子束焊焊接接头的机械性能 |
4.2.1 焊接接头的显微硬度 |
4.2.2 焊接接头的抗拉强度和断裂行为 |
4.3 TC4钛合金与4J29可伐合金电子束焊焊接接头的形成机理 |
4.4 本章小结 |
第5章 TC4钛合金与4J36因瓦合金的电子束焊接 |
5.1 TC4钛合金与4J36因瓦合金电子束焊焊缝微观组织 |
5.2 TC4钛合金与4J36因瓦合金电子束焊焊接接头机械性能 |
5.3 TC4钛合金与4J36因瓦合金电子束焊接接头形成机理 |
5.4 本章小结 |
结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(7)TiBw/TC4与GH4169薄板钎焊接头组织与性能(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的和意义 |
1.2 钛基复合材料连接研究现状 |
1.2.1 固相焊 |
1.2.2 熔焊 |
1.3 镍基高温合金连接研究现状 |
1.3.1 固相焊 |
1.3.2 熔焊 |
1.4 钛/镍异种连接研究现状 |
1.4.1 激光焊 |
1.4.2 电子束焊 |
1.4.3 扩散焊 |
1.4.4 钎焊 |
1.4.5 爆炸焊 |
1.4.6 钛/镍异种连接中可能存在的问题 |
1.5 钛基复合材料与镍基合金的连接现状 |
1.6 本文的主要研究内容 |
第2章 试验材料与研究方法 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 母材制备与前处理 |
2.1.2 钎料选择 |
2.2 焊接方法及工艺 |
2.2.1 焊接方法 |
2.2.2 焊前准备及焊接工艺参数 |
2.3 接头组织与物相分析 |
2.3.1 金相组织(OM)观察 |
2.3.2 扫描电镜(SEM)观察 |
2.3.3 X射线衍射(XRD)分析 |
2.4 异种接头力学性能测试 |
2.4.1 室温剪切试验 |
2.4.2 室温硬度测试 |
第3章 TiBw/TC4与GH4169 直接基于TIG热源钎焊方法探索 |
3.1 引言 |
3.2 TiBw/TC4 复合材料与GH4169 合金焊接可行性探索 |
3.3 直接基于TIG热源的接头组织演变 |
3.3.1 接头组织与物相分析 |
3.3.2 焊接参数对接头组织的影响 |
3.4 直接基于TIG热源焊接参数对接头性能的影响 |
3.4.1 热输入对接头显微硬度的影响 |
3.4.2 热输入对接头剪切性能的影响 |
3.5 直接基于TIG热源的接头形成机理 |
3.5.1 界面温度演变 |
3.5.2 直接基于TIG热源的接头形成机理 |
3.6 本章小结 |
第4章 添加钎料的TiBw/TC4与GH4169 异种接头组织演变与接头形成机理 |
4.1 引言 |
4.2 添加非晶Ti-Zr-Cu-Ni钎料的异种接头 |
4.3 基于TIG热源钎焊工艺参数对添加Cu钎料的接头组织影响 |
4.3.1 添加Cu钎料搭接工艺探索 |
4.3.2 异种接头组织分析 |
4.3.3 异种接头组织演变 |
4.4 Cu钎料厚度对异种接头组织形貌的影响 |
4.4.1 Cu_(0.04)异种接头组织演变 |
4.4.2 Cu_(0.2)异种接头组织形貌 |
4.5 添加Cu钎料基于TIG热源钎焊接头的形成机理 |
4.5.1 添加Cu钎料接头的形成机理 |
4.5.2 接头形成过程中TiB的演变及作用 |
4.6 本章小结 |
第5章 添加钎料的TiBw/TC4与GH4169 异种接头力学性能 |
5.1 引言 |
5.2 添加Ti-Zr-Cu-Ni钎料的接头性能变化规律 |
5.3 添加Cu钎料的接头力学性能 |
5.3.1 焊接参数对Cu_(0.1)接头剪切性能影响规律 |
5.3.2 Cu_(0.1)接头硬度分布随焊接参数的变化 |
5.4 Cu钎料厚度对接头力学性能的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 TiBw/TC4与GH4169 的炉中钎焊及接头形成机理 |
6.1 引言 |
6.2 非晶Ti-Zr-Cu-Ni钎料炉中钎焊TiBw/TC4 复合材料与GH4169 合金 |
6.2.1 非晶Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊接头组织演变 |
6.2.2 非晶Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊接头力学性能 |
6.3 Cu钎料钎焊TiBw/TC4 复合材料与GH4169 合金 |
6.3.1 焊接温度对接头组织的影响 |
6.3.2 焊接时间对接头组织的影响 |
6.3.3 Cu钎料钎焊接头剪切强度 |
6.4 TiBw/TC4 复合材料与GH4169 合金钎焊接头形成机理 |
6.5 包围型组织的形成过程 |
6.6 基于TIG热源钎焊与炉中钎焊的表现对比 |
6.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)TC4钛合金扩散连接接头塑性变形行为及应力模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景与研究目的及意义 |
1.2 钛合金扩散连接研究现状 |
1.3 钛合金焊接数值模拟的研究现状 |
1.4 主要研究内容 |
第2章 试验材料及方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验设备及过程 |
2.2.1 试验设备 |
2.2.2 试验过程 |
2.3 试验结果分析 |
2.3.1 接头变形率分析 |
2.3.2 显微组织分析 |
2.3.3 EBSD表征分析 |
第3章 TC4/TC4 扩散焊接头变形行为的研究 |
3.1 引言 |
3.2 工艺参数对TC4/TC4 扩散焊接头变形行为的影响 |
3.2.1 温度对TC4/TC4 扩散焊接头变形行为的影响 |
3.2.2 压力对TC4/TC4 扩散焊接头变形行为的影响 |
3.3 TC4/TC4 扩散焊典型接头微观组织分析 |
3.3.1 典型接头显微组织分析 |
3.3.2 典型接头EBSD组织分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 TC4/TC4 扩散焊典型接头数值模拟 |
4.1 引言 |
4.2 TC4/TC4 扩散焊接头有限元数值模型 |
4.2.1 ABAQUS软件简介 |
4.2.2 模型的建立与单元类型的选用 |
4.2.3 材料参数与网格的划分 |
4.2.4 分析步与边界条件的设定 |
4.3 TC4/TC4 扩散焊典型接头数值模拟结果 |
4.3.1 孔道结构对TC4/TC4 扩散焊接头模拟的影响 |
4.3.2 连接温度对TC4/TC4 扩散焊接头模拟的影响 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果 |
致谢 |
(9)SiC陶瓷与高温合金复合铸件的界面组织及力学行为模拟(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 论文研究的背景和意义 |
1.2 SiC陶瓷与K4169合金概述 |
1.2.1 SiC陶瓷概述 |
1.2.2 K4169合金概述 |
1.3 陶瓷/金属连接接头残余应力缓解方法研究现状 |
1.4 陶瓷/金属连接技术研究现状 |
1.4.1 活性金属钎焊 |
1.4.2 固态扩散焊 |
1.4.3 部分瞬间液相连接 |
1.4.4 自蔓延高温合成连接法 |
1.5 目前存在的不足 |
1.6 主要研究内容 |
第2章 实验材料及研究方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 SiC陶瓷 |
2.1.2 K4169合金及中间层 |
2.2 实验设备及浇注工艺 |
2.3 显微组织试样制备及分析 |
2.4 热力学计算流程 |
第3章 SiC/K4169铸件界面处物相生成的热力学计算 |
3.1 引言 |
3.2 热力学模型的建立 |
3.2.1 二元合金各组元活度的计算 |
3.2.2 三元合金各组元活度的计算 |
3.2.3 三元合金中物相A_mB_n析出反应的Gibbs自由能变化 |
3.3 采用Ni-75%Ti中间层时各物相热力学计算 |
3.3.1 C-Ti-Ni三元系热力学计算 |
3.3.2 Si-Ti-Ni 三元系热力学计算 |
3.4 采用Ni-65%Ti中间层时各物相热力学计算 |
3.4.1 C-Ti-Ni三元系热力学计算 |
3.4.2 Si-Ti-Ni三元系热力学计算 |
3.5 采用Ni-55%Ti中间层时各物相热力学计算 |
3.5.1 C-Ti-Ni三元系热力学计算 |
3.5.2 Si-Ti-Ni三元系热力学计算 |
3.6 热力学计算结果分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 SiC/K4169复合铸件的力学性能模拟 |
4.1 引言 |
4.2 有限元模型的建立 |
4.2.1 材料参数的选择 |
4.2.2 几何建模及网格划分 |
4.2.3 边界条件及分析步设定 |
4.3 判据及性能表征方法的选定 |
4.4 界面形状对界面处应力分布及弯曲强度的影响 |
4.4.1 界面形状设计 |
4.4.2 凸台结构应力分布及弯曲性能 |
4.4.3 通台结构应力分布及弯曲性能 |
4.4.4 凹槽结构应力分布及弯曲性能 |
4.5 中间层成分对界面处应力分布及弯曲强度的影响 |
4.5.1 中间层成分设计 |
4.5.2 应力分布 |
4.6 中间层厚度对界面处应力分布及弯曲强度的影响 |
4.6.1 中间层厚度设计 |
4.6.2 应力分布 |
4.7 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(10)Super-Ni/NiCr叠层材料与钛合金扩散连接界面组织与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及目的意义 |
1.2 叠层材料焊接研究 |
1.2.1 叠层材料的结构特征及制备 |
1.2.2 叠层材料焊接研究现状 |
1.3 叠层材料真空扩散连接研究进展 |
1.3.1 工艺参数影响规律 |
1.3.2 中间合金层调控界面组织性能 |
1.4 目前存在的问题 |
1.5 本课题主要研究内容 |
第2章 试验材料及研究方法 |
2.1 试验材料 |
2.1.1 母材 |
2.1.2 中间层材料 |
2.2 连接工艺 |
2.2.1 真空扩散焊 |
2.2.2 真空钎焊 |
2.3 试验设计思路 |
2.4 组织成分表征及性能测试方法 |
2.4.1 接头试样制备 |
2.4.2 界面显微组织分析 |
2.4.3 界面物相分析 |
2.4.4 接头剪切强度及断裂行为分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 叠层材料/TC4钛合金扩散焊工艺优化及界面成形 |
3.1 叠层材料/TC4钛合金扩散焊成形特征 |
3.1.1 接头外观成形特征 |
3.1.2 接头界面宏观结合特征 |
3.2 Super-Ni/TC4界面裂纹行为 |
3.2.1 1100 ℃扩散连接Super-Ni/TC4界面裂纹 |
3.2.2 950℃扩散连接Super-Ni/TC4界面裂纹 |
3.2.3 Super-Ni/TC4钎焊界面裂纹分析 |
3.3 Ni80Cr20/TC4界面裂纹行为 |
3.3.1 复合中间层Ni80Cr20/TC4界面裂纹分析 |
3.3.2 Ni80Cr20/TC4钎焊界面裂纹分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 叠层材料/TC4钛合金扩散焊界面过渡区微观组织 |
4.1 叠层材料/TC4扩散焊界面物相分析 |
4.1.1 叠层材料/TC4界面过渡区划分 |
4.1.2 叠层材料/TC4界面物相分析 |
4.2 Super-Ni/TC4扩散焊界面显微组织 |
4.2.1 无中间层界面组织 |
4.2.2 Cu中间层界面组织 |
4.2.3 复合中间层界面组织 |
4.3 Ni80Cr20/TC4界面显微组织 |
4.3.1 无中间层界面组织 |
4.3.2 Cu中间层界面组织 |
4.3.3 复合中间层界面组织 |
4.4 叠层材料/TC4扩散焊接头显微硬度分布 |
4.4.1 保温时间对显微硬度分布影响 |
4.4.2 中间层对显微硬度分布影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 叠层材料/TC4钛合金扩散焊界面元素扩散及结合机理 |
5.1 扩散焊过渡区生长规律 |
5.1.1 界面过渡区生长动力学规律 |
5.1.2 无中间层界面元素分布 |
5.1.3 界面贫镍富铬区形成机理 |
5.2 Cu中间层扩散焊过渡区元素界面行为 |
5.2.1 Super-Ni/Cu/TC4界面元素分布 |
5.2.2 Ni80Cr20/Cu/TC4界面元素分布 |
5.2.3 叠层材料/Cu/TC4界面扩散反应机理 |
5.3 Cu+Ti复合层扩散焊界面结合机理 |
5.3.1 Cu、Ti元素界面分布规律 |
5.3.2 TLP扩散焊叠层材料/Cu+Ti/TC4过渡区扩散反应机理 |
5.4 本章小结 |
第6章 叠层材料/TC4钛合金扩散焊接头剪切强度及断裂机制 |
6.1 叠层材料/TC4扩散焊接头剪切强度 |
6.1.1 Super-Ni/TC4扩散焊接头剪切强度 |
6.1.2 Ni80Cr20/TC4扩散焊接头剪切强度 |
6.2 工艺参数对接头剪切强度的影响 |
6.2.1 保温时间对剪切强度的影响 |
6.2.2 中间层对剪切强度的影响 |
6.3 叠层材料/TC4界面断口形貌及断裂机制 |
6.3.1 Super-Ni/TC4界面断口形貌 |
6.3.2 Ni80Cr20/TC4界面断口形貌 |
6.3.3 叠层材料/TC4扩散焊界面断裂机制 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
本文的主要创新点 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
获授权国家发明专利 |
攻读博士期间获奖情况 |
参与课题情况 |
附件 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
四、TC4/SiC扩散焊接工艺研究(论文参考文献)
- [1]TC4钛合金与304不锈钢真空钎焊及接头组织性能研究[D]. 张绪锐. 长春工业大学, 2021(08)
- [2]TC4钛合金/304不锈钢薄板钨极氩弧焊接头组织及性能研究[D]. 郝晓虎. 大连理工大学, 2020
- [3]Ti-Cu基钎料设计及钛合金/不锈钢真空钎焊机理研究[D]. 夏月庆. 大连理工大学, 2020(01)
- [4]TiAl合金与置氢0.5% TC4钛合金的扩散焊接工艺[J]. 范龙,何鹏. 焊接, 2020(06)
- [5]基于微洞焊合模型的钛合金喷注器扩散焊有限元模拟研究[D]. 卢伟泽. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [6]4J29/4J36铁基合金与TC4钛合金异种金属焊接组织及性能研究[D]. 方永建. 西南交通大学, 2020
- [7]TiBw/TC4与GH4169薄板钎焊接头组织与性能[D]. 郜雅楠. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [8]TC4钛合金扩散连接接头塑性变形行为及应力模拟研究[D]. 周栎昕. 哈尔滨工业大学, 2020
- [9]SiC陶瓷与高温合金复合铸件的界面组织及力学行为模拟[D]. 董兆博. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [10]Super-Ni/NiCr叠层材料与钛合金扩散连接界面组织与性能研究[D]. 刘坤. 山东大学, 2020