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納米化對加鎳中間層的0Cr18Ni9Ti不銹鋼/TA17鈦合金擴(kuò)散連接的影響
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-09-12
鈦及鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕能力優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、石油化工及核動(dòng)力領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。但是，由于鈦的彈性模量低、抗蠕變能力差，鈦及鈦合金價(jià)格昂貴也使其在應(yīng)用中受到了限制。鈦和鋼鐵材料結(jié)合起來能充分發(fā)揮兩種材料在性能與經(jīng)濟(jì)上的互補(bǔ)優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。采用表面納米化的方法來提高原子間的擴(kuò)散在國內(nèi)外已有大量的研究。本文采用高能噴丸對TA17鈦合金和0Cr18Ni9Ti不銹鋼進(jìn)行了表面自納米化處理，用鎳箔中間層對納米化的鈦合金/不銹鋼進(jìn)行脈沖加壓擴(kuò)散連接試驗(yàn)，研究接頭界面組織與元素分布特點(diǎn)，以分析表面自納米化對擴(kuò)散連接界面結(jié)構(gòu)及微觀組織的影響機(jī)制，為縮短連接時(shí)間、提高接頭性能做了基礎(chǔ)研究。
實(shí)驗(yàn)所用材料為TA17近α型鈦合金和0Cr18Ni9Ti不銹鋼的棒材，直徑為12mm。其中鈦合金的熱處理狀態(tài)為熱軋后750℃下再結(jié)晶退火1h，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為：4.5Al，2.2V，0.01C，0.04Si，0.069Fe，0.023N，0.003H，0.05O，余量為Ti；不銹鋼為熱軋態(tài)，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為：0.04C，0.47Si，0.29Ti，8.37Ni，17.22Cr，1.21Mn，0.02S，0.034P。中間層材料采用純鎳箔，厚度為12.5μm。高能噴丸所用設(shè)備為6050型噴丸機(jī)。脈沖加壓擴(kuò)散連接實(shí)驗(yàn)在Gleeble-1500D熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行。焊前采用酸洗方法(不銹鋼：6%HCl,2%HF和92%水，室溫，10s；鈦合金：80%HNO3，20%HF，100℃，30s)去除表面氧化膜，并用丙酮清洗表面油脂。脈沖加壓連接工藝參數(shù)：溫度850℃，升溫和降溫速度都為5℃/s，脈沖壓力為8～50MPa，脈沖頻率為0.5Hz，脈沖次數(shù)為40次(時(shí)間為80s)，脈沖加壓后保溫時(shí)間為120s。連接后的試樣在400℃下退火1h以消除連接殘余內(nèi)應(yīng)力。
采用高能噴丸對TA17鈦合金和0Cr18Ni9Ti不銹鋼表面自納米化處理，在850℃下加鎳箔中間層對納米化的鈦合金/不銹鋼進(jìn)行了脈沖加壓擴(kuò)散連接，研究表明，表面自納米化處理有利于Ni原子向鈦基體中擴(kuò)散，促進(jìn)接頭的冶金結(jié)合。在相同工藝條件下，利用菲克定律計(jì)算得到，納米化處理后Ni原子在鈦基體中的擴(kuò)散系數(shù)為2.94×10-13m2s-1，是在常規(guī)粗晶鈦基體中的擴(kuò)散系數(shù)(1.46×10-13m2s-1)的兩倍。
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