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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1836-1844页

作者：任利娜张群兵雷晓维齐亮杨家典张建勋西安交通大学金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049 西部钛业有限责任公司陕西西安710201 西安航空学院材料工程学院陕西西安710077 西北工业大学物理科学与技术学院陕西西安710072 贵州航宇科技发展股份有限公司贵州贵阳550081

在不同的激光线能量条件下对TC17钛合金进行了焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸和疲劳试验机对接头的宏观形貌、微观组织和力学性能进行了对比研究。结果表明:随着激光线能量的增加,焊缝宏观形貌由Y型转变为X型、焊缝中... 详细信息

在不同的激光线能量条件下对TC17钛合金进行了焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸和疲劳试验机对接头的宏观形貌、微观组织和力学性能进行了对比研究。结果表明:随着激光线能量的增加,焊缝宏观形貌由Y型转变为X型、焊缝中气孔缺陷数量先增加后减少,气孔缺陷主要分布在焊缝的中下部。焊缝由柱状晶粒组成,柱状晶内部存在条形枝晶,枝晶间距随着线能量的增加而逐渐增大。热影响区由尺寸较小的等轴晶组成,随着激光线能量的增加,α相晶粒逐渐细化,而β相逐渐粗化。在拉伸和疲劳试验中,TC17激光焊接接头均断裂在焊缝。受焊缝内部枝晶尺寸的影响,抗拉伸强度随线能量的增加而降低。气孔是导致疲劳断裂的主要原因,气孔缺陷数量越少,则疲劳寿命越长。

关键词： TC17钛合金焊接接头激光线能量微观组织疲劳行为

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SiCp/Al复合材料激光填粉焊接研究

SiCp/Al复合材料激光填粉焊接研究

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作者：张鹏华东交通大学

学位级别：硕士

铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、热膨胀系数小、耐磨、导电导热性好、疲劳性能好等优异综合性能,在很多领域都具有广泛的应用前景。但由于增强相与基体之间的物理和化学性能存在十分巨大的差异,复合材料在焊接过程中容易产生孔洞... 详细信息

铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、热膨胀系数小、耐磨、导电导热性好、疲劳性能好等优异综合性能,在很多领域都具有广泛的应用前景。但由于增强相与基体之间的物理和化学性能存在十分巨大的差异,复合材料在焊接过程中容易产生孔洞,且增强相与基体容易发生界面反应,容易生成脆性金属间化合物,导致铝基复合材料的焊接性很差,从而限制了铝基复合材料更为广泛的应用。因此,探索一种能够抑制焊缝中脆性金属间化合物生成的高强焊接技术,将是铝基复合材料工业化应用的关键。本文采用粉末冶金法制备了铝基复合材料,然后利用激光填粉焊对铝基复合材料进行焊接,研究焊接工艺及填充粉末对Si C/Al复合材料焊接接头宏观形貌、微观组织及性能的影响规律。首先,通过工艺优化研究了粉末冶金制备工艺对Si C/Al复合材料组织及性能的影响,确定了SiC/Al复合材料制备工艺。研究结果表明:通过调整SiC/Al复合粉末球磨中的球磨转速、球磨珠以及分散剂,在球磨转速为200 r/min、氧化锆球磨珠及1wt.%硬脂酸钠的球磨工艺下能够得到Si C颗粒分散较好的铝基复合材料;通过调整真空热压烧结温度能够使Si C/Al复合材料的致密度达到97.22%,抗拉强度达到202MPa。制备的Si C/Al复合材料避免了增强相与基体之间发生界面反应,没有在复合材料中发现AlC脆性相的生成。其次,以Ti粉为填充粉末进行激光焊接,探索Ti粉以及激光线能量对Si C/Al复合材料的影响。研究结果表明:以Ti粉为填充粉末进行焊接,不仅抑制了焊缝中脆性相的生成,还能够在焊缝形成Ti C等新的增强相,但在界面处发现了AlTi金属间化合物的存在;通过调整不同的激光线能量,在线能量1.385k J/cm时能够得到宏观形貌较好、微观孔洞得到明显改善的焊接接头,也能够使界面的AlTi金属间化合物得到明显改善。焊接接头的硬度最高可达662HV,抗拉强度最高可达112MPa。最后,以目前FeCoCrNiFeCoCrNiMn和AlFeCoCrNi三种高熵合金为填充材料进行焊接;然后再进行元素调整,设计了CrCuTiNiCrCuTiSi和Cr CuTiZn三种填充粉末进行焊接。结果表明:采用含Fe元素的三种高熵合金进行焊接时,生成了Fe-Al金属间化合物,焊接接头发生开裂现象,导致完全没有连接在一起。采用Cr Cu Ti Ni、Cr Cu Ti Si和Cr Cu Ti Zn三种填充粉末都能实现Si C/Al复合材料的焊接,但是焊缝存在咬边、凹陷、未焊透的现象,且在接头热影响区都发现大量的孔洞。由于Al元素的稀释,三种填充粉末都未能形成高熵合金,三种填充粉末的焊接接头焊缝Al元素含量都很高,都在60%以上。Ni元素能够在一定程度上减少焊缝中脆性相的生成,且还能与Al生成延性化合物AlNi,从而提升焊接接头的性能,抗拉强度及耐腐蚀性都是以CrCuTiNi为填充粉末的焊接接头最佳。

关键词：铝基复合材料激光焊激光线能量填充粉末设计硬度抗拉强度

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