CN107931763A - 一种获得可靠连接并提高Ti‑Al‑Nb合金自身性能的钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种获得可靠连接并提高Ti‑Al‑Nb合金自身性能的钎焊方法,将Ti‑Ni基钎料放置于合金待焊试件中间,以10‑20℃/min升温速率升温至800‑850℃保温10‑20min,再以5‑10℃/min升温速率升温至1100‑1280℃保温10‑120min,形成可靠的钎焊接头后以10‑20℃/min的降温速率降温至400℃,最后随炉缓冷至室温。本发明的使用Ti‑Ni基钎料对合金进行可靠连接,获得致密的接头组织和良好的力学性能。此外,通过合理的热循环工艺,减少了合金出厂前的工序,起到节约资源保护环境的作用。

Description

一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法
技术领域
本发明涉及到Ti2AlNb合金的钎焊方法,更具体地讲,涉及到一种通过钎焊过程获得良好接头的同时将单相(B2相)Ti2AlNb合金转变为双相(B2+O)Ti2AlNb合金方法。
背景技术
Ti2AlNb合金具有较高的比强度、室温塑性、断裂韧性和蠕变抗力,且具有较好的抗氧化性、无磁性等优点,可在600~800℃长时间使用。这些优异的性能使Ti2AlNb合金在航空航天领域成为具有广阔应用前景的新型轻质耐高温材料。与单相(B2相)Ti2AlNb合金相比,双相(B2+O)Ti2AlNb合金由于O相的强化作用,表现出更好的力学性能,因此,在材料出厂前通常需要热处理工序将B2相转化为(B2+O)双相组织,造成工序复杂和能源浪费。由于航空航天部件结构复杂,实现Ti2AlNb自身的可靠连接将成为此类材料推广应用的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供对Ti2AlNb合金进行可靠连接的钎料,使其获得良好的高温性能。并且通过设计合理的热循环工艺,省去了单相(B2相)Ti2AlNb合金出厂前的热处理工艺,将单相(B2相)Ti2AlNb合金直接进行钎焊,使得钎焊后获得可靠连接接头的同时提高Ti2AlNb合金自身的性能。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现:
一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法,使用Ti-Ni基钎料对Ti2AlNb合金待焊试件进行钎焊,以10-20℃/min升温速率升温至800-900℃保温10-20min,再以5-10℃/min升温速率升温至1100-1300℃保温10-120min,形成可靠的钎焊接头,以10-20℃/min的降温速率降温至400—450℃,最后随炉缓冷至室温20—25摄氏度;Ti-Ni基钎料由金属钛、金属镍和辅助元素组成,三者的原子百分数为金属钛30—75%,金属镍为25—70%,辅助元素大于零且小于等于30%,辅助元素为B、W、Mo或者Nb的一种。
而且,Ti-Ni基钎料由各个组分通过采用电弧熔炼或者球磨方法进行混合均匀制备。
而且,在Ti-Ni基钎料中,金属钛的原子百分数为40—60%,金属镍为30—50%,辅助元素为10—30%。
而且,在Ti-Ni基钎料中,金属钛的原子百分数为45—55%,金属镍为40—50%,辅助元素为15—25%。
而且,在进行钎焊时,以10-15℃/min升温速率升温至800-850℃保温10-15min,再以5-10℃/min升温速率升温至1150-1280℃保温100-120min,形成可靠的钎焊接头,以15-20℃/min的降温速率降温至400—450℃,最后随炉缓冷至室温20—25摄氏度。
与现有技术相比,本发明使用Ti-Ni基钎料对Ti2AlNb合金进行可靠连接,获得致密的接头组织和良好的力学性能,室温抗剪强度达到300—500MPa,高温时降至200—400MPa,通过合理的热循环工艺,减少了Ti2AlNb合金出厂前的工序,直接进行钎焊连接即可实现(B2+O)双相组织的转化生长,起到节约资源保护环境的作用。
附图说明
图1为Ti2AlNb合金原始母材的光镜照片以及对应的X射线衍射图。
图2为Ti2AlNb合金钎焊后的光镜照片以及对应的X射线衍射图。
图3为采用Ti-Ni-Nb钎料对Ti2AlNb合金钎焊的接头组织扫描电镜照片。
图4为采用Ti-Ni-B钎料对Ti2AlNb合金钎焊的接头组织扫描电镜照片。
图5为采用Ti-Ni-W钎料对Ti2AlNb合金钎焊的接头组织扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。使用的扫描电镜为FEI NanoSEM 430,使用的光学电子显微镜为OLYMPUS/DP70,X射线衍射仪为XRD,BRUKER D8Advance。
实施例一:采用Ti-Ni-Nb钎料对Ti2AlNb合金进行钎焊试验。
步骤一:采用电火花线切割机床切割Ti2AlNb合金母材,试样尺寸为15mm×10mm×3mm的长方体和5mm×5mm×5mm的正方体。
步骤二:以电弧熔炼的Ti-Ni-Nb箔片作为钎料,其中各元素的原子百分比为:Ti:45%,Ni:45%,Nb:10%。
步骤三:连接前,将试样与钎料接触的一面要用水砂纸依次打磨至2000#,接触面的对面用120#的水砂纸打磨平整。装配前,将待焊的母材和钎料试样在丙酮中超声波清洗,烘干。
步骤四:将Ti-Ni-Nb钎料置于Ti2AlNb合金中间,箔片的厚度介于100~200μm之间。将组装好的工件放入真空加热炉中,关闭炉门,抽真空,真空度达到7.0×10-4Pa时开始以20℃/min的速度加热到800℃保温10min,然后以10℃/min的速度加热到1180℃保温20min,之后以20℃/min的速度降温到400℃,之后随炉冷却至室温,形成可靠的钎焊接头。
步骤五:钎焊实验结束后,采用扫描电镜(FEI Nano SEM 430)观察接头界面微观组织形貌及确定界面的反应产物。采用能谱仪分析界面产物的化学成分。在观测之前,将试样镶成标准尺寸,对镶好的试件用120#~2000#的水砂纸进行打磨,抛光,腐蚀。最后将腐蚀好的试样放在电子显微镜下观察,并确定组织形貌。
步骤六:采用万能试验机对接头进行压剪试验,万能试验机的加载速率为0.2mm/min。
经测试接头室温抗剪强度达到310-350MPa,高温(500℃、650℃、800℃)抗剪强度达到200-300MPa。Ti2AlNb合金由单一的B2相转变为B2和O相的双相组织。Ti2AlNb合金钎焊后比钎焊前的延伸率提高了3-8%。
实施例二:采用Ti-Ni-B钎料对Ti2AlNb合金进行钎焊试验。
步骤一:采用电火花线切割机床切割Ti2AlNb合金母材,试样尺寸为15mm×10mm×3mm的长方体和5mm×5mm×5mm的正方体。
步骤二:将TiH2,Ni,B粉末在行星式球磨机上球磨。以球磨的Ti-Ni-B粉末作为钎料,其中各元素的原子百分比为:Ti:40%,Ni:40%,B:20%。
步骤三:连接前,将试样与钎料接触的一面要用水砂纸依次打磨至2000#,接触面的对面用120#的水砂纸打磨平整。装配前,将待焊的母材在丙酮中超声波清洗,烘干。
步骤四:将Ti-Ni-B钎料置于Ti2AlNb合金中间。将组装好的工件放入真空加热炉中,关闭炉门,抽真空,真空度达到7.0×10-4Pa时开始以20℃/min的速度加热到800℃保温10min,然后以10℃/min的速度加热到1160℃保温20min,之后以20℃/min的速度降温到400℃,之后随炉冷却至室温,形成可靠的焊接接头。
步骤五:钎焊实验结束后,采用扫描电镜(FEI Nano SEM 430)观察接头界面微观组织形貌及确定界面的反应产物。采用能谱仪分析界面产物的化学成分。在观测之前,将试样镶成标准尺寸,对镶好的试件120#~2000#的水砂纸进行打磨,抛光,腐蚀。最后将腐蚀好的试样放在电子显微镜下观察,并确定组织形貌。
步骤六:采用万能试验机对接头进行压剪试验,万能试验机的加载速率为0.2mm/min。
经测试接头室温抗剪强度达到350-500MPa,高温(500℃、650℃、800℃)抗剪强度达到300-400MPa。
实施例三:采用Ti-Ni-W钎料对Ti2AlNb合金进行钎焊试验。
步骤一:采用电火花线切割机床切割Ti2AlNb合金母材,试样尺寸为15mm×10mm×3mm的长方体和5mm×5mm×5mm的正方体。
步骤二:将TiH2,Ni,W粉末在行星式球磨机上球磨。以球磨的Ti-Ni-W粉末作为钎料,其中各元素的原子百分比为:Ti:49.5%,Ni:49.5%,W:1%。
步骤三:连接前,将试样与钎料接触的一面要用水砂纸依次打磨至2000#,接触面的对面用120#的水砂纸打磨平整。装配前,将待焊的母材在丙酮中超声波清洗,烘干。
步骤四:将Ti-Ni-W钎料置于Ti2AlNb合金中间。将组装好的工件放入真空加热炉中,关闭炉门,抽真空,真空度达到7.0×10-4Pa时开始以20℃/min的速度加热到800℃保温10min,然后以10℃/min的速度加热到1160℃保温20min,之后以20℃/min的速度降温到400℃,之后随炉冷却至室温,形成可靠的焊接接头。
步骤五:钎焊实验结束后,采用扫描电镜(FEI Nano SEM 430)观察接头界面微观组织形貌及确定界面的反应产物。采用能谱仪分析界面产物的化学成分。在观测之前,将试样镶成标准尺寸,对镶好的试件120#~2000#的水砂纸进行打磨,抛光,腐蚀。最后将腐蚀好的试样放在电子显微镜下观察,并确定组织形貌。
步骤六:采用万能试验机对接头进行压剪试验,万能试验机的加载速率为0.2mm/min。
经测试接头室温抗剪强度达到320-450MPa,高温(500℃、650℃、800℃)抗剪强度达到280-400MPa。
经测试,如附图所示,原始母材是单相(B2相)Ti2AlNb合金,母材经过钎焊后转变为双相(B2+O)Ti2AlNb合金,且使用Ti-N-Nb、Ti-N-B和Ti-N-W钎料对Ti2AlNb合金钎焊,均获得致密的接头组织。依照本发明内容记载的组份含量和工艺参数进行调整,均可实现上述技术效果。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法,其特征在于,使用Ti-Ni基钎料对Ti2AlNb合金待焊试件进行钎焊,以10-20℃/min升温速率升温至800-900℃保温10-20min,再以5-10℃/min升温速率升温至1100-1300℃保温10-120min,形成可靠的钎焊接头,以10-20℃/min的降温速率降温至400—450℃,最后随炉缓冷至室温20—25摄氏度;Ti-Ni基钎料由金属钛、金属镍和辅助元素组成,三者的原子百分数为金属钛30—75%,金属镍为25—70%,辅助元素大于零且小于等于30%,辅助元素为B、W、Mo或者Nb的一种。
2.根据权利要求1所述的一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法,其特征在于,在Ti-Ni基钎料中,金属钛的原子百分数为40—60%,金属镍为30—50%,辅助元素为10—30%。
3.根据权利要求1所述的一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法,其特征在于,在Ti-Ni基钎料中,金属钛的原子百分数为45—55%,金属镍为40—50%,辅助元素为15—25%。
4.根据权利要求1所述的一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法,其特征在于,Ti-Ni基钎料由各个组分通过采用电弧熔炼或者球磨方法进行混合均匀制备。
5.根据权利要求1所述的一种获得可靠连接并提高Ti-Al-Nb合金自身性能的钎焊方法,其特征在于,在进行钎焊时,以10-15℃/min升温速率升温至800-850℃保温10-15min,再以5-10℃/min升温速率升温至1150-1280℃保温100-120min,形成可靠的钎焊接头,以15-20℃/min的降温速率降温至400—450℃,最后随炉缓冷至室温20—25摄氏度。
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