CN106271011B - γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法 - Google Patents
γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106271011B CN106271011B CN201610817571.3A CN201610817571A CN106271011B CN 106271011 B CN106271011 B CN 106271011B CN 201610817571 A CN201610817571 A CN 201610817571A CN 106271011 B CN106271011 B CN 106271011B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- gamma
- test specimen
- connection
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/24—Preliminary treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
- B23K2103/14—Titanium or alloys thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明公开了一种γ‑TiAl合金与TC17合金的固态连接方法,用于解决现有γ‑TiAl合金与钛合金的固态连接方法恒温保压时间长的技术问题。技术方案是该方法(a)连接表面打磨并进行超声波清洗;(b)连接试样紧密贴合;(c)固态连接,连接时真空度为5×10‑3~5Pa,温度为800~850℃,恒温加压10~30min,使得TC17合金高度压下量达到40%~60%,空冷;(d)对连接试样进行热处理,热处理温度为800~850℃,保温时间为60~120min,空冷。本发明通过控制固态连接时TC17合金的塑性变形以及后续热处理,恒温保压时间由背景技术的大于60min缩短至10~30min。
Description
技术领域
本发属于固态连接领域,具体涉及一种γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法。
背景技术
航空发动机服役环境复杂,不同部位对材料的服役性能要求不同,采用具有不同性能特点的合金进行连接制造异种合金复合构件,不仅可以获得良好的整体性能,还可以提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本。γ-TiAl合金及钛合金均属于轻质高强合金,具有优异的综合性能,可以满足航空发动机不同部位的使用性能要求,广泛应用于制造高性能轻量化结构件。γ-TiAl合金与钛合金的连接是制造航空发动机高性能构件的关键技术,具有广泛的应用前景,可以进一步扩大γ-TiAl合金与钛合金的适用范围并发挥二者的综合性能优势。
γ-TiAl合金及钛合金自身成形性能较差,高温时化学性质活泼,易与空气等发生化学反应,传统的焊接方法不适用于二者的连接。固态连接是适用于γ-TiAl合金与钛合金的理想连接方法,固态连接过程中材料结合面不发生熔化,不产生与熔化和凝固相关的焊接缺陷和焊接脆化现象,也不存在具有过热组织的热影响区,连接接头组织性能好。
文献1“M Holmquist,V Recina,B Pettersson.Tensile and creep propertiesof diffusion bonded titanium alloy IMI 834to gamma titanium aluminide IHIAlloy 01A,Acta Materialia,1999,47(6):1791-1799”公开了一种γ-TiAl合金/IMI 834钛合金的固态连接方法,在连接温度980℃,连接时间1h,连接压力200MPa条件下获得了拉伸性能与γ-TiAl合金母材相似的接头;但是,IMI 834钛合金母材完全发生了β转变,母材拉伸性能下降。
文献2“X.R.Wang,Y.Q.Yang,X.Luo,W.Zhang,G.M.Zhao,B.Huang.Aninvestigation of Ti-43Al-9V/Ti-6Al-4V interface by diffusion bonding,Intermetallics,2013,36:127-132”公开了一种γ-TiAl合金(Ti-43Al-9V)/Ti-6Al-4V(TC4)钛合金的固态连接方法,首先在920℃/45MPa/2h条件下进行了γ-TiAl合金与钛合金的真空热压,然后在920℃条件下保温5h和17h或者在1100℃条件下保温1h。高温下的较长时间保温促进了连接接头处的冶金结合,增大了界面过渡区宽度,但是钛合金基体发生晶粒长大或者β转变,导致钛合金基体性能降低。
文献3“授权公告号是CN102581467B的中国发明专利”公开了一种钛铝基合金与钛合金(TC4)的扩散连接方法,首先在连接前对钛铝基合金进行真空热处理,热处理温度为1330~1360℃,保温时间为10~40min;热处理后的钛铝基合金与钛合金在连接温度为850~930℃,连接压力为70~80MPa,连接时间为1h条件下进行扩散连接;连接后在860℃下进行时间为30min的退火。采用该方法获得的接头强度与钛铝基合金母材接近,但是较高的连接前热处理温度和连接温度容易引起母材的组织粗化,使得母材性能降低。
由上述文献可以看出,在现有的γ-TiAl合金与钛合金的固态连接方法中,连接温度过高,或者连接前/后热处理温度过高,恒温保压时间长,一方面对工装材料要求高,生产率低,生产成本高,另一方面使得母材微观组织恶化,影响连接件的使用性能和使用可靠性。
发明内容
为了克服现有γ-TiAl合金与钛合金的固态连接方法恒温保压时间长的不足,本发明提供一种γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法。该方法(a)连接表面打磨并进行超声波清洗;(b)连接试样紧密贴合;(c)固态连接,连接时真空度为5×10-3~5Pa,温度为800~850℃,恒温加压10~30min,使得TC17合金高度压下量达到40%~60%,空冷;(d)对连接试样进行热处理,热处理温度为800~850℃,保温时间为60~120min,空冷。本发明通过控制固态连接时TC17合金的塑性变形以及后续热处理,促进了连接界面处的冶金结合,使得连接温度降低50℃以上,恒温保压时间由背景技术的大于60min缩短至10~30min。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法,其特点是包括以下步骤:
(a)采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#SiC水砂纸,分别逐级打磨γ-TiAl合金和TC17合金连接试件的连接表面;然后将试件放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗,清洗时间为10~15min,最后用吹风机吹干。
(b)将表面清理后的γ-TiAl合金与TC17合金试件紧密贴合,置入热模拟试验机中,然后抽取真空。
(c)真空度达到5×10-3~5Pa时,以10~20℃·s-1的速率升温至800~850℃,保温5min,试件受热均匀后恒温加压10~30min,使得TC17合金高度压下量达到40%~60%;最后卸压降温,连接试件空冷至室温。
(d)将连接试件置入温度为800~850℃的热处理炉中,加热10min,连接试件受热均匀后保温60~120min,最后空冷至室温。
本发明的有益效果是:该方法(a)连接表面打磨并进行超声波清洗;(b)连接试样紧密贴合;(c)固态连接,连接时真空度为5×10-3~5Pa,温度为800~850℃,恒温加压10~30min,使得TC17合金高度压下量达到40%~60%,空冷;(d)对连接试样进行热处理,热处理温度为800~850℃,保温时间为60~120min,空冷。本发明通过控制固态连接时TC17合金的塑性变形以及后续热处理,促进了连接界面处的冶金结合,使得连接温度降低50℃以上,恒温保压时间由背景技术的大于60min缩短至10~30min。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明方法固态连接前母材微观组织的光学照片,其中图1(a)为γ-TiAl合金的微观组织,图1(b)为TC17合金的微观组织。
图2是本发明方法实施例1得到的母材微观组织形貌的扫描电镜照片,其中图2(a)为γ-TiAl合金的微观组织,图2(b)为TC17合金的微观组织。
图3是本发明方法实施例1得到的γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接接头扫描电镜照片。
图4是本发明方法实施例2得到的母材微观组织形貌的扫描电镜照片,其中图4(a)为γ-TiAl合金的微观组织,图4(b)为TC17合金的微观组织。
图5是本发明方法实施例2得到的γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接接头扫描电镜照片。
具体实施方式
以下实施例参照图1-5。所使用的γ-TiAl合金母材微观组织由初生γ(TiAl)相、少量弥散在γ(TiAl)相晶间的α2(Ti3Al)相组成(见图1(a)),TC17合金母材微观组织由初生α相、少量弥散分布的次生α相及β基体组成(见图1(b)),进行固态连接的γ-TiAl合金和TC17合金试件尺寸均为Ф8mm×6mm。
实施例1:
本实施例的具体实施步骤如下:
依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#SiC水砂纸,分别逐级打磨γ-TiAl合金和TC17合金试件的连接表面;然后将试件放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗,清洗时间为10min,最后用吹风机吹干。将经过表面处理的γ-TiAl合金与TC17合金试样的待连接表面紧密贴合在一起,置入Gleeble-3500型热模拟试验机中,然后抽取真空。当真空度达到5Pa时,开启加热系统,以10℃·s-1的升温速率升温至850℃,保温5min,使得试件受热均匀;开启加压系统,并恒温加压10min,使得TC17合金试件的高度压下量为40%;最后卸压降温,使连接试件空冷至室温。将连接试件置入温度为840℃的热处理炉中,加热10min,使连接试件受热均匀,之后保温60min,最后空冷至室温。
按照上述实施例步骤可以实现γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接。图2为实施例1得到的母材微观组织,γ-TiAl合金母材微观组织由初生γ(TiAl)相、少量弥散在γ(TiAl)相晶间的α2(Ti3Al)相组成(见图2(a)),TC17合金母材微观组织由初生α相、少量弥散分布的次生α相及β基体组成(见图2(b))。与连接前的母材微观组织(见图1)相比变化不明显。图3为实施例1得到的γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接接头扫描电镜照片,可以看出在连接接头处形成了一定宽度的过渡区,过渡区组织致密,无显著缺陷。经检测,连接接头的显微硬度为345HV0.2,而γ-TiAl合金与TC17合金母材的显微硬度分别为330HV0.2和314HV0.2,可以看出连接接头的显微硬度稍高于母材的显微硬度。
实施例2:
本实施例的具体实施步骤如下:
依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#SiC水砂纸,分别逐级打磨γ-TiAl合金和TC17合金试件的连接表面;然后将试件放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗,清洗时间为15min,最后用吹风机吹干。将经过表面处理的γ-TiAl合金与TC17合金试样的待连接表面紧密贴合在一起,置入Gleeble-3500型热模拟试验机中,然后抽取真空。当真空度达到5×10-3Pa时,开启加热系统,以20℃·s-1的升温速率升温至800℃,保温5min,使得试件受热均匀;开启加压系统,并恒温加压30min,使得TC17合金试件的高度压下量为60%;最后卸压降温,使连接试件空冷至室温。将连接试件置入温度为800℃的热处理炉中,加热10min,使连接试件受热均匀,之后保温120min,最后空冷至室温。
按照上述实施例步骤可以实现γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接。图4为实施例2得到的母材微观组织,γ-TiAl合金母材微观组织由初生γ(TiAl)相、少量弥散在γ(TiAl)相晶间的α2(Ti3Al)相组成(见图4(a)),TC17合金母材微观组织由初生α相、少量弥散分布的次生α相及β基体组成(见图4(b))。与连接前的母材微观组织(见图1)相比变化不明显。图5为实施例2得到的γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接接头扫描电镜照片,可以看出在连接接头处形成了一定宽度的过渡区,过渡区组织致密,无显著缺陷。经检测,连接接头的显微硬度为353HV0.2,而γ-TiAl合金与TC17合金母材的显微硬度分别为341HV0.2和327HV0.2,可以看出连接接头的显微硬度稍高于母材的显微硬度。
实施例3:
本实施例的具体实施步骤如下:
依次采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#SiC水砂纸,分别逐级打磨γ-TiAl合金和TC17合金试件的连接表面;然后将试件放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗,清洗时间为12min,最后用吹风机吹干。将经过表面处理的γ-TiAl合金与TC17合金试样的待连接表面紧密贴合在一起,置入Gleeble-3500型热模拟试验机中,然后抽取真空。当真空度达到5×10-3Pa时,开启加热系统,以20℃·s-1的升温速率升温至820℃,保温5min,使得试件受热均匀;开启加压系统,并恒温加压20min,使得TC17合金试件的高度压下量为50%;最后卸压降温,使连接试件空冷至室温。将连接试件置入温度为820℃的热处理炉中,加热10min,使连接试件受热均匀,之后保温90min,最后空冷至室温。
Claims (1)
1.一种γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法,其特征在于包括以下步骤:
(a)采用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#SiC水砂纸,分别逐级打磨γ-TiAl合金和TC17合金连接试件的连接表面;然后将连接试件放入无水乙醇溶液中进行超声波清洗,清洗时间为10~15min,最后用吹风机吹干;
(b)将表面清理后的γ-TiAl合金与TC17合金连接试件紧密贴合,置入热模拟试验机中,然后抽取真空;
(c)真空度达到5×10-3~5Pa时,以10~20℃·s-1的速率升温至800~850℃,保温5min,连接试件受热均匀后恒温加压10~30min,使得TC17合金高度压下量达到40%~60%;最后卸压降温,连接试件空冷至室温;
(d)将连接试件置入温度为800~850℃的热处理炉中,加热10min,连接试件受热均匀后保温60~120min,最后空冷至室温。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610817571.3A CN106271011B (zh) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610817571.3A CN106271011B (zh) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106271011A CN106271011A (zh) | 2017-01-04 |
CN106271011B true CN106271011B (zh) | 2019-01-18 |
Family
ID=57710105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610817571.3A Active CN106271011B (zh) | 2016-09-12 | 2016-09-12 | γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106271011B (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109746561B (zh) * | 2019-03-07 | 2020-08-21 | 西北工业大学 | Tc17合金与tc4合金的固态连接方法 |
CN109746562B (zh) * | 2019-03-07 | 2020-08-21 | 西北工业大学 | 表面自纳米化tc17合金与tc4合金的固态连接方法 |
CN112620488A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-09 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种Ti3Al层状复合板及其制备方法 |
CN113634870A (zh) * | 2021-07-08 | 2021-11-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种gh4169合金真空热变形连接方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101176946A (zh) * | 2007-11-28 | 2008-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种真空扩散连接TiAl金属间化合物的方法 |
CN103785944A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-14 | 西北工业大学 | 一种高Nb-TiAl合金扩散连接方法 |
CN105834540A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-10 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种Ti-Ni高温钎料钎焊TZM合金的方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06226468A (ja) * | 1993-02-05 | 1994-08-16 | Suzuki Motor Corp | 固相拡散接合法 |
JP2005040850A (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Takashi Myodo | クラッド材、金属鍋及びそれらの製造方法 |
-
2016
- 2016-09-12 CN CN201610817571.3A patent/CN106271011B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101176946A (zh) * | 2007-11-28 | 2008-05-14 | 哈尔滨工业大学 | 一种真空扩散连接TiAl金属间化合物的方法 |
CN103785944A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-14 | 西北工业大学 | 一种高Nb-TiAl合金扩散连接方法 |
CN105834540A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-08-10 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种Ti-Ni高温钎料钎焊TZM合金的方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ti3Al和Ti2AlNb合金的扩散连接工艺及机理研究;高丽娇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20140315(第3期);B022-417 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106271011A (zh) | 2017-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106271011B (zh) | γ-TiAl合金与TC17合金的固态连接方法 | |
CN106808079B (zh) | 一种TiAl合金与Ti2AlNb合金的扩散连接方法 | |
CN108817083B (zh) | 一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法 | |
CN102699520B (zh) | 脉冲电流辅助加热的低温快速扩散焊接装置及其焊接方法 | |
CN104416973B (zh) | 用于聚变装置高热负荷部件的钨铜模块及其制备方法 | |
CN111347146B (zh) | 一种钨与热沉材料连接头及其制备方法 | |
CN105216394A (zh) | 一种基于高温应用的高性能钨/钢复合材料及其制备方法 | |
CN106271015B (zh) | 一种不锈钢与可伐合金异种金属扩散焊方法 | |
CN110284089B (zh) | 一种微/纳颗粒增强钛基复合材料的等温超塑性变形方法 | |
CN105839039A (zh) | 一种均匀组织的TiAl合金板材的制备方法 | |
CN1238150C (zh) | 钛铝基合金与钢的一种活性复合梯度阻隔扩散焊接方法 | |
CN103785944A (zh) | 一种高Nb-TiAl合金扩散连接方法 | |
CN109014549A (zh) | 一种采用Cu箔和Ti箔作复合中间层的扩散焊连接方法 | |
CN103692147B (zh) | 互不固溶金属的直接键合连接工艺 | |
CN111421218A (zh) | 一种置氢Ti2AlNb基合金与TC4钛合金低温扩散焊方法 | |
CN106834980B (zh) | 一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法 | |
CN113878220A (zh) | 一种钨和钢层状金属复合材料及其扩散连接方法 | |
CN106939378B (zh) | 非晶合金/纯铜层状复合材料的制备方法 | |
CN102925835A (zh) | 一种高温合金去应力时效工艺方法 | |
CN102581467B (zh) | 一种钛铝基合金和钛合金的异种金属等强度接头连接方法 | |
CN112207133A (zh) | 金属复合材料的超塑性成型方法及装置 | |
CN103204694B (zh) | 一种采用Zr/Ni复合中间层扩散连接TiAl基合金和Ti3AlC2陶瓷的方法 | |
CN102229019B (zh) | 一种适合TiAl基合金材料与钛合金的氩弧焊方法 | |
CN110434555A (zh) | 一种金属板材中空结构件电流辅助成形的方法 | |
CN102069295B (zh) | 强化层扩散连接制备Fe3Al/Al复合结构的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |