表面纳米化TC4钛合金低温扩散连接工艺及机理研究

• 作 者: 霍东
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 表面纳米化 SMAT TC4钛合金 低温扩散连接 纳米化中间层

钛合金的密度低、比强度和比刚度高、耐腐蚀性好,并且在高温服役情况下力学性能优良,在航空航天、汽车轻量化、临床医学等方面被广泛的应用。常规的钛合金焊接存在焊接温度高、焊后变形大的缺点,对尺寸精度要求较高产品会严重影响成品合格率。为此,本文采用SMAT方法对TC4钛合金进行表面纳米化处理,制备表面纳米细晶层来实现低温扩散连接,减小扩散焊接过程的变形。首先对SMAT处理工艺参数对表面纳米化的影响进行了表征,探究了表面纳米化对TC4钛合金表面层性能的影响,分析了SAMT方法制备TC4钛合金表面纳米化的机理,确定了最佳的SMAT处理工艺参数。结果表明,经SMAT处理后TC4钛合金衍射峰发生宽化,处理频率为20Hz,处理时间为2h时,表面层晶粒达到30nm以下,在TC4钛合金表面获得了一层100nm厚的纳米细晶层,内部晶粒大小在20nm到50nm左右。经SMAT处理后的试样相对未经SMAT处理的试样,表面粗糙度值变化不大,变化范围在0.1~0.2μm,表面层的纳米压痕硬度和显微硬度均有所升高。对表面纳米化处理后的试样进行了低温扩散连接实验,探究了表面纳米化处理参数对接头组织性能的影响,探究了扩散连接工艺参数对母材表面纳米化接头组织性能的影响,获得了表面纳米化试样最佳的低温扩散连接工艺参数。结果表明,TC4钛合金经过表面纳米化处理后提高了界面扩散效率,接头焊合率有所提高,在连接温度750°C、连接时间60min、连接压力9Mpa时获得了最佳力学性能的接头,抗剪强度值为477MPa。同时探究了中间层纳米化对扩散连接接头组织性能的影响,并与母材纳米化的接头力学性能进行对比。结果表明,在750°C情况下,中间层纳米化的连接时间30min、连接压力7MPa下获得接头的抗剪强度最大值为332MPa。