【摘 要】
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Ti2AlNb合金具有很多优异性能如较高的高温抗拉强度和疲劳强度,较好的室温断裂韧性和抗裂纹扩展能力,目前已经成为航天材料研究中的热点。但合金中Nb元素的存在使其相对其他T
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Ti2AlNb合金具有很多优异性能如较高的高温抗拉强度和疲劳强度,较好的室温断裂韧性和抗裂纹扩展能力,目前已经成为航天材料研究中的热点。但合金中Nb元素的存在使其相对其他TiAl系合金来说密度较高,若将其与以TA15为基体的Ti基复合材料结合使用可以减轻结构件的重量,从而拓宽Ti2AlNb的应用范围。本文对Ti2AlNb和Ti基复合材料进行直接扩散连接和中间层扩散连接,探究二者连接最佳工艺参数,期望选取合适中间层金属在尽量提高接头性能、减小接头变形量的同时降低连接工艺参数,并对界面连接机制进行分析。采用直接扩散连接方式对Ti2AlNb和Ti基复合材料进行连接,对母材进行相变分析确定连接工艺参数范围为850-1050℃/15-90min/3-10MPa,典型界面组织为Ti2AlNb/B2相+O相+TiB/O相+α-Ti+β-Ti+TiB/Ti基复合材料,最佳工艺参数为950℃/60min/5-7MPa,此时剪切强度达到最大值为495MPa,断裂方式为韧性断裂。在工艺参数为950℃/60min/3-5MPa条件下,焊接接头变形率可控制在3%以内。采用中间层扩散连接方式对Ti2AlNb和Ti基复合材料进行连接,加入Ti箔中间层后扩散连接界面典型组织为Ti2AlNb/富B2相/α+β双相组织/Ti基复合材料,最佳工艺参数为850℃/60min/5MPa,此时剪切强度达到最大值为399MPa,断裂方式为韧性断裂,分析了 Ti箔中间层能够使连接温度降低至850℃的机制。在工艺参数为850℃/60min/5MPa条件下,焊接接头变形率可控制在2%以内。在Ti基复合材料侧磁控溅射金属膜后对两母材进行扩散连接,对磁控溅射金属膜性质表征,磁控溅射Ti膜扩散连接典型接头组织为Ti2AlNb/B2相+O相/Ti基复合材料,磁控溅射Nb膜扩散连接典型接头组织为Ti2AlNb/B2相层/O+β-Ti+B2+α-Ti/Ti基复合材料,二者均可在850℃/60min/5MPa工艺参数下实现良好连接,分析了磁控溅射金属膜后扩散连接可以降低连接温度至850℃的扩散机制。选用置氢TC4中间层对两母材进行扩散连接,加入置氢TC4中间层可降低连接温度至750℃,典型扩散连接接头界面组织为Ti2AlNb/O+α-Ti+B2+β-Ti/置氢TC4/Ti基复合材料,探究相同工艺参数条件下不同含氢量中间层对界面形貌的影响,分析氢能够促进原子扩散,显著降低连接温度扩散机制。
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