硬质合金与钛合金真空扩散焊工艺研究

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:ayg8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。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,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:20__—03—29;修回13期:20__—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律进行研究和分析。焊缝抗剪强度的测试采用专用的剪切卡具在instron拉伸试验机上进行,加载速率6xlon·s一。12·试验与研究·焊接技术第36卷第5期20__年10月2试验结果及分析2.1接头显微组织分析同一焊接参数下yg8与ta1...

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