CN1346725A - 一种异种合金超塑扩散连接工艺及其应用 - Google Patents

一种异种合金超塑扩散连接工艺及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异种合金超塑扩散连接工艺。它基本上包括以下步骤:一种异种合金超塑扩散连接工艺,它基本上包括以下步骤:(1)、对合金拟连接表面进行激光快速熔凝处理或激光熔覆合金化处理;(2)、对处理后的拟连接表面进行超塑扩散连接。所述预连接合金为异种合金。所采用的激光合金化合金成分与在具有较低温度下呈现超塑潜力的合金相同,以使合金在实施超塑扩散连接时两合金拟连接表面的材料性能相同。本发明将激光表面改性技术和超塑扩散连接技术巧妙地结合起来,使异种合金连接问题转化为同种材料的连接,并利用激光快速熔凝的特性,实现在不改变合金的基体组织性能前提下的异种合金超塑扩散连接。

Description

一种异种合金超塑扩散连接工艺及其应用
技术领域
本发明涉及异种合金固态连接工艺及其应用。
背景技术
异种合金连接对材料的应用所具有的重要意义，异种合金的连接技术充分发挥了不同材料的优势，满足了特殊条件下的使用要求，为新型结构件的设计提供了广阔的空间。然而由于合金成分、性能的差异，给实现理想的连接效果带来了巨大的困难。目前在γ-TiAl基合金同种材料连接方面已有一些工作。“九五”期间，我们利用激光表面改性技术与超塑扩散连接技术对γ-TiAl基合金同种材料的连接进行了较系统的研究，并建立了相应的专利连接技术。研究结果表明，采用常规的扩散连接技术，γ-TiAl合金的连接温度需高于1250℃，连接时间在45分钟左右。而对拟连接材料进行激光表面熔凝细化晶粒后进行超塑扩散连接，当材料显微组织晶粒尺寸在1～4μm时，其连接可在900℃左右实现，而且随着晶粒的减小，连接可望在更低的温区实现，并可获得更好的连接效果。这种低温连接工艺在设备和工艺简化以及保证材料基体性能方面都有着重要的意义。但在γ-TiAl基合金与其它合金的异种合金连接方面，由于合金成分、性能，特别是两种合金间超塑变形潜力的差异，无法利用超塑扩散连接所带来的低温、短时及简化工艺环境等优势，因而只能采用常规的扩散连接技术，给实现高质量、经济、理想的连接效果带来了巨大的困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种使异种合金的基体组织性能不变、拟连接表面层性能相同的异种合金超塑扩散连接工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种异种合金超塑扩散连接工艺，它基本上包括以下步骤：
(1)、对合金拟连接表面进行激光快速熔凝处理或激光熔覆合金化处理；
(2)、对处理后的拟连接表面进行超塑扩散连接。
所述预连接合金为500℃以上使用的高温合金。
所述预连接合金为钛、钛铝合金、镍基合金和耐热钢中的任意两种。
所述对合金拟连接表面进行激光处理，是两种拟连接合金相比，对在较低温度下呈现超塑潜力的合金直接采用激光快速熔凝处理，对只在较高温度下呈现超塑潜力的合金实施激光熔覆合金化处理。为了使连接的效果更好，所述激光表面熔覆合金化的合金成分以在较低温度下呈现超塑潜力的合金成分为基本成分，其中优选的是，合金成分与在较低温度下呈现超塑潜力的合金成分相同。
所述对合金拟连接表面进行激光处理，采用CO2激光束或YAG脉冲激光束。
所述处理后的拟连接表面在真空环境中进行超塑扩散连接的条件是，温度450～950℃，压力为20～160Mpa。
所述的超塑扩散连接是在保护气氛中或在真空环境中进行的。
本发明将激光表面改性技术与超塑连接技术巧妙地结合起来，实现了在不改变合金的基体组织性能和形成具有相同性能特征拟连接表面前提下的超塑扩散连接。本发明具有以下特点：(1)利用激光表面合金化技术可解决异种合金超塑扩散连接时拟连接表面超塑特性匹配问题，使异种合金连接问题转化为同种材料的连接，实现超塑扩散连接；(2)采用激光表面处理技术可以在不影响材料整体性能，特别是高温性能的条件下，在材料拟连接表面获取细晶亚稳组织，在满足超塑连接所需的细小晶粒要求的同时，解决了细晶组织的超塑能力与高温结构材料所需的高抗蠕变能力所构成的矛盾。
利用该工艺形成的合金连接质量高，简化了异种合金连接的复杂性，降低连接温度，缩短连接所需时间，连接在0.1～1.5小时即可实现，生产效率得到显著提高。利用激光表面改性处理所得到的异种合金表面具有相同超塑性能特征的细晶组织，在保护气氛或真空环境中，在较普通的扩散连接温度低得多的温度条件下即可实现固态连接。如钛/钛铝之间的连接，在500℃左右即可实现。本发明的方法可以在异种高温合金的固态连接中得到广泛应用。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明拟连接试样连接示意图
具体实施方式
实施例1：Ti合金与γ-TiAl基合金的连接
如图1所示，1是在较低温度下呈现超塑潜力的合金试样——Ti合金(Ti-6Al-4V)，2为只在较高温度下呈现超塑潜力的合金试样——γ-TiAl基合金(Ti-47Al)。利用线切割将Ti合金与γ-TiAl基合金加工成长25mm，宽10mm，高8mm的长方体。对试样1采用5KW高能CO2激光束直接进行激光表面快速熔凝处理，激光加工工艺参数为：输出功率P＝2.0KW，扫描速度V＝10mm/s，光斑直径a＝3mm；对试样2选择纯度99.7％，粒径200目的钛粉作为合金化粉料，涂敷在试样2的拟连接表面，采用边涂敷边激光处理的工艺：氩气送粉以防止粉料在激光处理过程中氧化，同时用5KW高能CO2激光束对γ-TiAl基合金的表面进行激光表面合金化处理，通过控制激光加工工艺参数(选取激光工艺参数输出功率P＝1.2KW，扫描速度V＝10mm/s，光斑直径a＝5mm)获得良好的表面质量。这样，在试样1表面形成约0.5mm的熔凝层3，在试样2表面形成约1mm的合金层4。采用线切割设备将经过激光表面处理的试样切取8mm×6mm×3mm大小的长方体，其中6mm×3mm面为激光处理面，在500℃、真空条件下，在热模拟机上，通过加压装置5夹持试样，施加40MPa的连接压力，0.2小时内即实现Ti合金与γ-TiAl基合金的连接。
实施例2：γ-TiAl基合金与耐热钢的连接
用常规技术对γ-TiAl基合金试样直接进行激光表面快速熔凝处理；选择γ-TiAl基合金粉末作为合金化粉料，涂敷在耐热钢拟连接的表面，涂敷过程中采用氩气送粉，以防止粉料在激光处理过程中氧化，同时利用高能CO2激光束对耐热钢涂敷了合金化粉料的表面进行激光表面合金化处理，通过控制激光加工工艺参数，在耐热钢表面形成约1mm的合金层。在900℃条件下，在热模拟机上施加40MPa的连接压力，0.8小时内即实现γ-TiAl基合金与耐热钢的连接。
实施例3：γ-TiAl基合金与镍基合金的连接
用常规技术对γ-TiAl基合金试样直接进行激光表面快速熔凝处理；选择γ-TiAl基合金粉末作为合金化粉料，涂敷在镍基合金拟连接的表面，涂敷过程中采用氩气送粉，以防止粉料在激光处理过程中氧化，同时利用高能CO2激光束对镍基合金涂敷了合金化粉料的表面进行激光表面合金化处理，通过控制激光加工工艺参数，在镍基合金表面形成约1mm的合金层。在900℃条件下，在热模拟机上施加40MPa的连接压力，1小时内即实现γ-TiAl基合金与镍基合金的连接。

Claims (10)

1、一种异种合金超塑扩散连接工艺，它基本上包括以下步骤：
(1)、对合金拟连接表面进行激光快速熔凝处理或激光熔覆合金化处理；
(2)、对处理后的拟连接表面进行超塑扩散连接。
2、根据权利要求1所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述预连接合金为500℃以上使用的高温合金。
3、根据权利要求2所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述预连接合金为钛、钛铝合金、镍基合金和耐热钢中的任意两种。
4、根据权利要求1所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述对合金拟连接表面进行激光处理，是两种拟连接合金相比，对在较低温度下呈现超塑潜力的合金直接采用激光快速熔凝处理，对只在较高温度下呈现超塑潜力的合金实施激光熔覆合金化处理。
5、根据权利要求4所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述激光表面熔覆合金化的合金成分以在较低温度下呈现超塑潜力的合金成分为基本成分。
6、根据权利要求5所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述激光表面熔覆合金化的合金成分与在较低温度下呈现超塑潜力的合金成分相同。
7、根据权利要求1-6中任意一项所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述对合金拟连接表面进行激光处理，采用CO2激光束或YAG脉冲激光束。
8、根据权利要求1-6中任意一项所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述处理后的拟连接表面在真空环境中进行超塑扩散连接的条件是，温度450～950℃，压力为20～160Mpa。
9、根据权利要求1-6中任意一项所述的异种合金超塑扩散连接工艺，其特征在于：所述的超塑扩散连接是在保护气氛中或在真空环境中进行的。
10、权利要求1-9中所述的异种合金超塑扩散连接工艺在异种高温合金固态连接中的应用。
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