TiAl合金和Ni基高温合金间接扩散连接工艺及性能的研究.pdf

国内图书分类号: TG454 学校代码: 10213 国际图书分类号: 密级:公开工学硕士学位论文 TiAl 合金与 Ni 基高温合金间接扩散连接工艺及性能研究硕士研究生: 王显军导师: 何鹏教授申请学位: 工学硕士学科: 材料加工工程所在单位: 材料科学与工程学院答辩日期: 2011 年 6 月授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: TG454 : Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON PROCESS AND PROPERTIES OF INDIRECT DIFFUSION BONDING OF TIAL TO NI-BASED ALLOY Candidate : Wang Xianjun Supervisor : Prof. He Peng Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality : Materials Processing Engineering Affiliation : School of Materi als Science and Engineering Date of Defence : June, 2011 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要 TiAl 基合金由于具有低密度、高熔点、良好的高温强度及抗氧化、抗蠕变性等性能,是目前备受瞩目的一种具有良好发展前景的高温结构材料,用它取代部分 Ni 基高温合金应用于航空、航天飞行器可以显著减轻飞行器的重量,增加工作效率。而 TiAl 基合金与 Ni 基高温合金的连接问题成为这一应用的关键。本文分别采用纯 Ti 中间层、 Ti/Nb 复合中间层和 Ti/Nb/Ni 复合中间层扩散连接 TiAl 合金与 Ni 基高温合金(GH99) ,通过 X 射线衍射(XRD) 、扫描电子显微镜(SEM) 、光学显微镜(OM) 、能谱分析(EDS) 等分析手段,以及接头剪切强度测试等方法对不同中间层、不同工艺参数连接接头的显微组织结构及力学性能的影响进行了系统的研究。通过对比研究,揭示了不同中间层接头界面的形成与演化机制,建立了扩散连接模型。阐明了中间层、扩散连接工艺、接头微观组织以及力学性能间的对应规律, 并分析了接头断裂机制。研究表明,采用纯 Ti 中间层扩散连接 TiAl 合金与 Ni 基高温合金,所得接头的典型界面结构: GH99/(Ni,Cr) ss / 富 Ti-(Ni,Cr) ss/TiNi/Ti 2 Ni/ α-Ti+Ti 2Ni/Ti(Al) ss / Al 3NiTi 2/TiAl 。在本实验条件下,最佳工艺参数为连接温度 T =900 ℃,保温时间 t=30min ,压力 P =20MPa ,所得接头得最大抗剪强度为 。 Ti 2 Ni 反应层作为接头的薄弱区是影响接头强度的关键因素。采用 Ti/Nb 复合中间层扩散连接 TiAl 合金与 Ni 基高温合金时,所得接头典型界面结构: GH99/(Ni,Cr) ss /Ni 3 Nb/Ni 6 Nb 7/Nb/(Ti,Nb) ss / α-Ti+(Ti,Nb) ss/Ti 3Al/TiAl 。在本实验条件下,最佳工艺参数为连接温度 T =900 ℃,保温时间 t=30min ,压力 P =20MPa ,所得接头得最大抗剪强度为 ,接头主要断裂于 Ni 3 Nb 与 Nb 之间的结合界面。当提高连接温度或延长保温时间时,接头主要断裂于 Ni 6 Nb 7 反应层,且接头抗剪强度显著降低。采用 Ti/Nb 复合中间层时避免了 Ti 2 Ni 反应层的生成,但由于接头中存在较大残余应力,因此接头强度相比与采用 Ti 作为中间层时提高并不大。采用 Ti/Nb/Ni 复合中间层扩散连接 TiAl 合金与 Ni 基高温合金时,所得接头的典型界面结构为: GH99/Ni/Ni 3 Nb/Ni 6 Nb 7/(Ti,Nb) ss / α-Ti+(Ti,Nb) ss/Ti 3Al/TiAl 。在本实验条件下,最佳工艺参数为连接温度 T =900 ℃,保温时间 t=60min ,压力 P =20MPa ,所得接头得最大抗剪强度为 MPa ,接头主要断