保溫時(shí)間對(duì)316L不銹鋼與TC4鈦合金擴(kuò)散焊組織與性能的影響

鈦合金是-種密度低、比強(qiáng)度高、高溫強(qiáng)度好、韌性好、熔點(diǎn)高的輕金屬，且已形成致密而堅(jiān)固的氧化膜而具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，常用于航空航天、石油、化工等領(lǐng)域。

但其價(jià)格昂貴，成型性及焊接性較差，限制了其廣泛使用。不銹鋼是常用的結(jié)構(gòu)材料，具有良好的耐腐蝕性和耐久性、良好的加工性能、優(yōu)良的耐高溫性能和低溫韌性、抗沖擊性能好、循環(huán)利用簡單等特點(diǎn)。因此，將不銹鋼與鈦合金進(jìn)行異種金屬連接，可以實(shí)現(xiàn)性能上的綜合化，并節(jié)約鈦合金資源、降低經(jīng)濟(jì)成本。

不銹鋼與鈦合金的連接屬于異種金屬的焊接，其焊接性受到異種金屬材料物理、化學(xué)性能差異的影響。母材間熔點(diǎn)、密度、線膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率的差異，容易導(dǎo)致焊接接頭形成組織不均勻及較大的焊接熱應(yīng)力。此外，鈦與鐵、鉻、鎳之間互溶性差，容易在焊縫形成多種脆性金屬間化合物，弱化焊縫性能。

擴(kuò)散焊是-種以固態(tài)擴(kuò)散為基礎(chǔ)的連接技術(shù)，由于其熱梯度影響小，只產(chǎn)生有限的宏觀變形、焊接尺寸公差小、結(jié)構(gòu)不均勻性小，被廣泛地用于異種焊接，尤其是物化性能差異較大的材料。

成都工業(yè)學(xué)院材料學(xué)院的研究者研究不同保溫時(shí)間對(duì)鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散焊接接頭組織和性能影響。通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡對(duì)焊接接頭進(jìn)行物相組織分析，測試焊接接頭的顯微硬度、拉伸強(qiáng)度等分析其力學(xué)性能，并對(duì)其拉伸斷口進(jìn)行分析，總結(jié)不銹鋼和鈦合金異種焊接接頭形成機(jī)理。

焊接母材為Φ30mm×25mm的TC4鈦合金和316L不銹鋼圓柱體，待焊表面先用240～1000號(hào)金相砂紙打磨，然后丙酮超聲清洗10min，用酒精擦拭、吹干。擴(kuò)散焊接使用真空熱壓爐進(jìn)行，當(dāng)爐內(nèi)真空度低于1×10-1Pa后，以10℃/min的速度升溫，當(dāng)溫度升高到750℃后，施加壓力30MPa，保溫30min。保溫時(shí)間結(jié)束后，爐冷至室溫。研究結(jié)果表明：

1）不銹鋼與鈦合金在900℃下直接進(jìn)行擴(kuò)散焊接，難以得到較好的性能。隨保溫時(shí)間延長接頭強(qiáng)度逐漸降低，在保溫120min時(shí)，得到最高屈服強(qiáng)度為43.01MPa；

2）焊縫界面處主要形成α-Ti、β-Ti、FeTi、Fe2Ti、Cr2Ti、Fe2Ti4O、χ等金屬間化合物相，界面處，由鈦合金側(cè)到不銹鋼側(cè)依次為：針狀魏氏體區(qū)域、β-Ti區(qū)、脆性金屬間化合物區(qū)，隨著保溫時(shí)間延長，脆性相含量逐漸增多；

3）焊縫區(qū)域顯微硬度明顯高于母材，為不均勻過渡區(qū)域。斷裂發(fā)生在脆性化合物區(qū)，斷口呈現(xiàn)河流花樣，為脆性斷裂。

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