[發明專利]一種獲取高斷裂韌性的TC18鈦合金擴散連接方法

無效

• 申請號: 201310205612.X
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103286436A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 李金山;王川云;寇宏超;唐斌;王軍;張鐵邦
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K20/14
• 分類號: B23K20/14;B23K20/233;B23K20/24
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術領域

本發明涉及鈦合金固態焊接領域，具體是一種獲取高斷裂韌性的TC18鈦合金擴散連接方法。

背景技術

鈦合金具有比強度高、中溫性能好等諸多優點，是制造航空航天工業所需先進復雜結構件的重要材料之一，而擴散連接技術是復雜整體結構件重要的成形手段，在滿足結構設計和制造要求的同時兼有提高材料利用率等優勢，因而國內外學者均對鈦合金擴散連接技術進行了研究。

Boeing公司在公開號為US7785429的專利中公開了一種獲取高強高韌鈦合金的熱處理方法，該方法將鈦合金加熱至相轉變溫度以上保溫獲得β相，而后控制冷卻速度低于30℉/min，冷卻至相變點以下的時效溫度并保溫，從而獲得全片層組織，且合金相較傳統鍛造、軋制退火狀態具有更高的斷裂韌性和抗拉強度。但該方法僅僅適用于熱處理后獲得高強高韌的鈦合金，如果將該方法用于擴散焊接，會引起擴散連接件顯微組織的惡化，同時由于該方法的實施成本高，造成人力物力的浪費。

文獻“Microstructures?and?interfacial?quality?of?diffusion?bonded?TC21titanium?alloy?joints,Hui-jie?LIU,Xiu-li?FENG.Trans.Nonferrous?Met.Soc.China21(2011)58-64”對TC21鈦合金在不同擴散溫度下顯微組織的演化情況進行了研究，給出了優化的擴散連接溫度值，并發現鈦合金在β相區進行擴散連接，界面閉合迅速，連接質量高。但是并未繼續探討擴散連接工藝對TC21鈦合金母材顯微組織的影響和由此引起的性能變化，更未涉及組織與性能控制技術。

TC18鈦合金名義成分為Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，相變點為870℃，900℃下應變速率為0.1s^-1時變形抗力為100MP，應變速率為1s^-1時變形抗力為155MPa，屬于近β型鈦合金。相較其它鈦合金而言，TC18鈦合金相變溫度低、顯微組織熱穩定性弱，在較高溫度下進行擴散連接時極易造成母材與接頭的組織粗化，導致材料性能惡化，但擴散連接溫度過低導致接頭的連接質量降低，因此，選取能夠獲取高連接質量的近β鈦合金擴散連接溫度難度大，限制了TC18鈦合金擴散連接技術的發展。此外，在整體構件制造中，材料的熱處理與擴散連接是兩道工序，實現過程中存在一定程度的矛盾：采用熱處理后材料進行擴散連接，造成材料組織在連接過程中發生惡化，從而影響構件性能；而連接后對整體構件進行熱處理以調整構件材料組織性能，技術難度高并易造成構件變形，消耗人力、能源。上述缺點限制了擴散連接在鈦合金重要結構件制造過程中的應用。

發明內容

為克服現有技術中存在的TC18鈦合金擴散連接溫度不易控制、材料的熱處理與擴散連接分為兩道工序，熱處理后材料進行擴散連接時，材料組織在連接過程中發生惡化，從而影響構件性能的不足，本發明提出了一種獲取高斷裂韌性的TC18鈦合金擴散連接方法。

本發明的具體過程是：

步驟1：試件待連接表面處理。試樣表面進行打磨并拋光，使待連接表面呈現鏡面效果；將試樣浸入丙酮中超聲波除油處理1h，并置于丙酮中保存。

步驟2：試樣的相變與擴散連接。將待連接的各試樣組合后放入真空擴散焊機內實施相變與擴散連接；在實施擴散連接時，對真空擴散焊機爐腔抽真空至真空度為5×10^-3Pa～7×10^-3Pa時，以5～30℃/min的升溫速率使真空擴散焊機爐腔溫度升至880～900℃，通過真空擴散焊機的石墨壓頭對試樣施加5～20MPa的軸向壓力并保持1～2h，加壓中保持真空擴散焊機爐腔真空度在5×10^-3Pa～7×10^-3Pa以下，并保持真空擴散焊機爐腔溫度為880～900℃。得到連接后的TC18鈦合金全β相試樣。

步驟3：實施組織演化控制；繼續保持真空擴散焊機爐腔真空度在5×10^-3Pa以下，并保持對得到的TC18鈦合金全β相試樣施加5～20MPa的軸向壓力；調整加熱功率，使控制真空擴散焊機爐腔溫度以1～10℃/min的冷卻速度降至600～700℃后保溫1～2h，同時位于真空擴散焊機內的試樣以1～10℃/min的冷卻速度降至600～700℃并保溫1～2h。保溫結束后使真空擴散焊機內的溫度降至室溫，同時位于真空擴散焊機內的試樣隨爐冷卻至室溫。得到組織演化控制后的TC18鈦合金全β相試樣。

所述試樣為鈦合金鍛態試樣。