媒介

高温钛合金在航空发起机中得到了宽泛使用，在造作盘?叶片?鼓筒?机匣等零部件的造作中包办钢或高温合金，显著减轻了发起机的结构质量，提高了压缩空气的级压比?高温钛合金 Ti150 (Ti5.5Al-4.0Sn-3.5Zr-Nb) 与英国的 IMI834 相当，持久耐热温度已达到 600 ℃, 典型的高温钛合金还有俄罗斯的 BT36 等，其中 IMI834 合金已在 EJ200?TRENT800 等发起机上得到了成功利用 [1-4]?Ti150 合金拥有较高的高温蠕变抗力?委顿强度和优良的危险容限个性，因而在航空?航天以及其他沉要工业领域受到亲昵关注和高度器沉 [1]?

TC19 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo) 是美国 20 世纪开发的一种富 β 的α+β两相钛合金，是一种高强度?高韧性钛合金?由于 TC19 在 Ti-6242 的基础上提高了 Mo 的含量，大大不变了 β 相，使室和善高温拉伸机能得到了改善?但是在航空航天领域为了进一步优化零部件机能，对异种资料衔接有了更多的需要?

钛合金用钎焊资料系统较多，以硬钎焊用钎料为例，有银基 [5-6]?铝基 [7]?钛基 [8-9] 和钯基 [10] 等?以前国内钛基钎料不成熟，重要选取银基?铝基?钯基等钎料进行钛合金钎焊，思考到钎焊接头的工作环境和接头强度等多方面成分，银基?铝基和钯基等系统的钎焊资料均不能很好地满足使用要求?目前国内钛基钎料逐步成熟并且形成了多种商标，钛基钎料的钎焊接头强度高，耐热性?耐蚀性均较好，合用于恶劣的工作环境?目前以 B-Ti57CuZrNi?B-Ti38ZrCuNi 利用最多 [11-16], 且有相应行业尺度，本文选用在航空系统利用较多的 B-Ti57CuZrNi 钛基钎料作为指标钎料，对高温钛合金 Ti150 与 TC19 进行衔接试验钻研?

本钻研针对 Ti150 高温钛合金与 TC19 钛合金的异种钛合金衔接，选取真空钎焊工艺步骤进行衔接尝试，通过扫描电镜及力学机能试验对接头组织及接头机能进行了测试分析，该钻研了局能为 Ti150 高温钛合金与 TC19 钛合金衔接接头的利用提供肯定参考?

1、尝试资料及工艺步骤

1.1 尝试资料

尝试用基体资料为经铸轧加工的 Ti150 高温钛合金?TC19 钛合金棒坯，直径约为 Φ280 mm, 加工状态为轧造后热处置状态，其化学成分如表 1?表 2 所示?

表 1 Ti150 合金化学成分[17 ]

Table 1 Compositions of titanium alloy Ti150(wt. %)

表 2 TC19 合金化学成分[17]

Table 2 Compositions of titanium alloy TC19(wt. %)

尝试用钛合金钎焊资料 B-Ti57CuZrNi 的状态为快淬迪胙基非晶态合金箔带，熔点为 883~895 ℃, 厚度约为 40 ?m, 其钎料的化学成分名义成分为 57Ti-21Cu-13Zr-9Ni?

1.2 钎焊工艺

将待焊接头的钎焊表表经过研磨?洗濯，去除表表氧化膜和油污，用超声波洗濯步骤去除钎料箔带表表油污，而后将钎料和试样按秩序装配好后入炉?

钎焊工艺参数为：真空杜着于1 ×10-2Pa,930 ℃/35 min?对高温钛合金 Ti150 与 TC19 钛合金施焊，获得无缺的钎焊焊接接头?按 Q/6S 977-2004 中 M2504-S020 图样加工成尺度的对接拉伸机能测试试样，如图 1 所示，利用全能试验机 E45.105 进行钎焊接头室和善高温 (500 ℃,550 ℃) 拉伸机能测试?

选取扫描电子显微镜 (日立 SU1510) SEM 观察接头组织，分析元素面散布，并观察钎焊接头拉伸断口的描摹?

2、尝试了局与分析

2.1 接头显微组织分析

采取 B-Ti57CuZrNi 钛基钎料真空钎焊 Ti150 高温钛合金与 TC19 钛合金的接头钎缝组织的背散射照片如图 2 所示?

由图 2 可知，钎缝中心固然有部门残存钎料形成的铸造组织，在钎料层与基体资料的界面上能够清澈地看到有较厚的扩散层存在，钎料层显著变薄，且原始界面全数隐没，有肯定的反映层，注明此真空钎焊过程使钎料与基体资料形成了有效的冶金结合?锆与钛是最类似的元素，有相近的熔点，也有同素异晶景象，对钛的同素异晶转变温杜装响幼，钛的 α 和 β 晶型与锆的相应晶型可能组成陆续的固溶体?铜?镍均属于钛合金 β 相不变元素，可降低钛的同素异晶转变温度 [18-19]?

钎料 Ti-21Cu-13Zr-9Ni 中铜?镍的总含量约为 30%, 固然钎焊温度 (930 ℃) 低于 TC19 钛合金的 β 相转变温度 (约 940 ℃), 低于 Ti150 高温钛合金的 β 相转变温度 (约 1 000 ℃), 但由于钎猜中铜?镍的作用使近缝区的基体 β 相转变温度降低，由图 2 的钎缝背散射组织能够看出，焊接过程中基体上扩散层区域的相产生转变，有片状 α 相天生并向钎缝中成长?基体的原始界面已经全数弱化，钎缝整体宽度约为 165 μm, 在基体上存在一个约 40 μm 的扩散层，扩散层的存在注明钎料与基体形成了有效的冶金结合?

2.2 界面元素散布情况分析

真空钎焊 Ti150 高温钛合金与 TC19 钛合金钎缝界面各元素面扫描散布如图 3 所示，扫描区域为 450 μm×320 μm, 覆盖整个钎焊缝，能够看出，Zr?Ni?Cu 元素面散布整体呈中央高?两端略低的散布，而 Ti?Al?Sn?Nb 元素面散布整体呈中央低?两端高散布，基体资猜中的 Ti?Al?Sn?Nb 元素已经大量向钎缝中扩散
；Ti?Sn 元素散布较均匀，Al 元素在钎缝中的散布相对少一些，可能与基体元素的作用及扩散速度有关
；钎猜中主成分元素 Zr?Ni?Cu 和基体资料作用显著，固然Zr与 Ti 是最类似的元素，但由于 Zr 元素原子半径较大，较难通过热活动而扩散，因而在钎缝中仍存留较多的 Zr;Ni 和 Cu 元素在钎缝中的扩散散布比力相近
；凭据 Cu?Zr?Ni 界面散布图，切合文件 [20] 中给出的 Cu?Zr?Ni 三个元素扩散法规?从焊缝总体来看扩散成效比力梦想?

2.3 钎焊接头的拉伸机能

高温钛合金 Ti150 与 TC19 钛合金钎焊接头力学机能测试数据如表 3 所示?室温抗拉强度达到 955.3 MPa, 接头断后伸长率?断面收缩率相对较低，接头断于钎缝处
；500 ℃抗拉强度为 540.0 MPa,550 ℃抗拉强度为 505.7 MPa,500 ℃?550 ℃测试接头断后伸长率 (10.5%?9.8%)?断面收缩率 (20.3%?21.3%) 相对都比力高，高温测试的断后伸长率和断面收缩率相比室温均有显著提高，这重要体现了高温下基体资料的塑性，接头断于 Ti150 基体，也就等同于试验用高温钛合金 Ti150 在 930 ℃/35 min 热循环后的基体机能?拉伸机能数据曲线如图 4 所示，仅从抗拉强度看，选取此工艺钎焊的高温钛合金 Ti150 与 TC19 钛合金接头拉伸强度数据比力不变?

表 3 Ti150-TC19 钎焊接头力学机能数据 

Table 3 Tensile properties of Ti150-TC19 brazed joints

2.4 接头断口分析

真空钎焊接头拉伸试样的断口宏观及微观描摹照片如图 5 所示?图 5a 是室温拉伸后断口的低奔摹，断口的裂纹源于上方出缺点的区域，断口缺点处有放射状的痕迹
；图 5b 是图 5a 中没出缺点处的高倍微观组织照片，能够看出钎缝断裂界面有微观扯破的痕迹
；图 5c?5d?5e 别离为室温?高温 500 ℃?高温 550 ℃钎焊接头拉伸试样宏观断裂照片，室温钎焊接头断口比力平齐，断后伸长率?断面收缩率都很幼，判定真空钎焊接头室温断裂特点为脆性断裂，500 ℃?550 ℃钎焊接头断口均断于 Ti150 基体，断后伸长率?断面收缩比力高，体现了基体资料在热循环后的基体个性，用 B-Ti57CuZrNi 钛基钎料，通过真空杜着于1 ×10-2Pa,930 ℃/35 min 工艺钎焊高温钛合金 Ti150 与 TC19 钛合金，Ti150 基体端显著有延长塑性变形，均断于 Ti150 基体上或近 Ti150 端面上?

3、结论

(1) 选取 B-Ti57CuZrNi 非晶合金箔带作为中央层合金，在真空前提 930 ℃/35 min 下钎焊高温钛合金 Ti150 与 TC19 异种钛合金是合理可行的，钎焊接头室温抗拉强度 955.3 MPa, 高温 500 ℃抗拉强度达到 540.0 MPa, 断后伸长率为 10.5%, 高温 550℃抗拉强度达到 505.7 MPa, 断后伸长率为 9.8%?

(2) 焊接接头室温拉伸断口断裂于焊缝，为脆性断裂
；焊接接头高温 500 ℃?550 ℃拉伸断口均断于 Ti150 基体上或近 Ti150 端面上，Ti150 基体端有显著延长塑性变形?

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（注，原文标题：Ti150与TC19异种钛合金钎焊工艺与接头机能钻研）