[发明专利]一种适合TiAl基合金材料与钛合金的氩弧焊方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种适合TiAl基合金与钛合金材料与钛合金的氩弧焊方法。

背景技术

TiAl金属间化合物具有比重轻(约为3.8g/cm³)、比强度高、刚性好、良好的高温力学性能和抗氧化性等优点，被认为是一种理想的、具有研究开发应用前景的航空、航天、军事及民用的新型的高温结构材料，可用于替代部分钛合金材料满足高温工作的需求。但TiAl基合金具有较低的室温塑性，室温延伸率仅为1％～2％，不能用于对塑性有要求的结构或部位。根据材料的各自特点及使用条件的不同，将TiAl基合金与其他常规合金进行连接更具应用价值。如：TiAl基合金与钛合金之间的连接技术，可以实现钛合金与TiAl组件的制造，此技术可以同时保证钛合金部分优良的低温塑性和TiAl部分耐高温的需求，无疑可以扩大TiAl基合金的工业应用范围。

当前的研究表明，大多数焊接方法均可以用于TiAl基合金，其中固态连接，如扩散焊、摩擦焊等被认为是较为有效的连接技术。文献《Investigation into the microstructure and mechanical properties ofdiffusion bonded TiAl alloys》(G等，J Mater Sci，2006，41：p5273-5282)报道在1000℃/10MPa/5h扩散焊条件下对Ti-48at％Al-3.7at％(Nb，Cr，C)合金的连接接头剪切强度达到388MPa，虽然焊后热处理(1430℃/30min)会提高接头的强度，但形成的粗晶组织也引起了接头的脆化。文献《Solid-state diffusion bonding of gamma-TiAlalloys using Ti/Al thin films as interlayers》(L.I.Duarte等，Intermetallics，2006，14：p1151-1156)还提出用Ti/Al交替变化的微米厚度薄膜作为中间层进行TiAl的扩散焊研究，以达到在较低的扩散焊温度下通过较短的时间实现扩散连接。Glatz和Clemens对Ti-47Al-2Cr-0.2Si(at.％)/Ti-6Al-4V(wt％)组合进行扩散焊连接。探索γ-TiAl合金与传统航空用钛合金连接的可能性。经1000℃/20MPa/3h扩散焊，获得了完好接头，且接头的室温和700℃拉伸强度较高。

扩散焊方法需要将被焊母材TiAl合金和钛合金置于扩散焊设备中，加热至被焊温度(1000℃左右)并保温一定时间(以保证元素充分扩散)，虽然整体加热接头内的热应力较小，对于TiAl难焊材料而言是有利的，但以下缺点限制了固相扩散焊的使用：(1)对配合面要求很高；(2)要求采用较大的压力，如3.5～35MPa；(3)对于复杂形状的工件不可能均匀加压，甚至还需要昂贵的和复杂的夹具。

《Investigation of Friction Welding Ti Aluminides.》(H Horn.ProcEuro.1，November 1991，Srasbourg，France，p441-448.)对TiAl的摩擦焊连接界面的研究结果进一步证明了界面重结晶区的产生。《TiAl金属间化合物の摩擦压接特性》(宫下卓也，日本金属学会志，1994，58(2)：p215-220.)用近等原子比的Ti-33.8Al(wt，％)进行了摩擦焊试验，在最佳连接规范参数条件下断裂发生在母材，抗拉强度达539MPa。接头组织分析表明，界面区由微细再结晶区、纤维状组织和塑性流动层区构成。通过降低摩擦应力，重新控制成分的热处理，可以获得重复性好和可靠的TiAl摩擦焊件。