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钛合金和钢等异种金属的焊接问题
浏览:0 发布日期:2019/5/15 17:15:56
钛合金因具有比强度和热导率高、耐腐蚀性和生物相容性好等优点而被广泛的应用在航空航天、医疗器械等行业中。由于异种金属连接的特殊性,常用方法有扩散焊、搅拌摩擦焊、熔钎焊、激光焊、冷压焊等特种连接技术。研究钛合金和异种金属的焊接是充分发挥钛合金的优异性能和扩展其应用范围的有效途径。钛合金/钢异种焊接复合结构不仅具有钛合金高的比强度和良好的抗腐蚀性能,还兼容了钢材料应用范围广、价格便宜的优点。但由于钛合金和钢的热导率和线膨胀系数的差异性太大,且互溶性又较差,焊接时容易生成脆硬性的Ti-Fe金属间化合物,致使钛合金/钢的异种焊接困难。为了解决这些问题,研究者对有关钛合金/钢异种金属的扩散焊、钎焊、爆炸焊等焊接技术进行了深入研究和分析。Ti6Al2Zr2Mo2V钛合金和304奥氏体不锈钢进行了电子束焊接,采用的填充材料为V/Cu基复合材料。实验表明单一的填料不能有效的抑制Ti Fe金属间化合物的生成,只有两种或者两种以上的填料才能达到抑制效果。力航钛业分别使用了Ti+Zr基40Ti-20Zr-20Cu-20Ni钎料、银基Ag-6Pd钎料、镍基 BNi2和BNi7钎料对Ti-6Al-4V钛合金和STS304不锈钢进行了钎焊实验。实验证明,Ni基填充材料中的Ni可以有效地起到稳定元素的作用,从而降低β相的转变温度。对于Ag基填充材料来说虽然加入其他材料可以提高焊接接头的强度,但由于Ag和Ti的亲和性较差不能有效地提高填充材料的扩散。润湿角和进入钢侧母材扩散原子数BNi7≥BNi2>40>Ag-5Pd。对钛与20钢爆炸焊接结合区的显微组织进行了分析,在焊接界面处的钢侧和钛侧母材内都含有高密度位错,其中,钢侧面出现了等轴细晶及变形拉长的晶粒区。结合区内可以观察到相互熔合的复合界面,说明爆炸产生的高能量使界面金属熔化,液体金属的喷射与急冷使结合区内出现微晶、微孪晶及钛的亚稳相。用纯Ag作为填充材料对工业纯钛和304不锈钢进行压力扩散焊,实验表明Ag可以有效地抑制脆性金属间化合物Ti-Fe的形成,而Ag形成的金属间化合物承载能力较强,从而提高焊接接头的强度。异种金属焊接是指将两种不同种类和性能的金属材料通过特定的焊接工艺连接在一起并形成具有完整性和预期使用性能的结构件。钛合金和异种金属的热导率和线膨胀系数存在较大差异,在焊接过程中容易形成脆性的金属间化合物,导致焊接接头强度变差。因此在焊接过程中加入适当的中间过渡金属、选择合适的焊接工艺和焊接方法对改善焊接接头的微观组织和力学性能是十分必要的。
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