（材料學(xué)專業(yè)論文）tial基合金與鋼的連接.pdf

t i a l 基合金與鋼的連接 摘要 為了提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的性能，并且要使增壓器渦 輪與軸的接頭強(qiáng)度足夠大，有必要進(jìn)一步開發(fā)t i a l 基合金與低合 金結(jié)構(gòu)鋼的連接技術(shù)。本論文采用電子束焊接和快速感應(yīng)釬焊兩 種方法對(duì)該連接技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，所用材料為4 0 c r 鋼和鑄 態(tài)t i a l 基合金，成分分別為f e 0 4 c 1 0 c 卜0 7 m n 0 3 s i ( a t ) 及 t i - 4 6 a 1 - 2 c 卜2 n b ( a t ) 。 本論文是首次利用電子束焊接方法來(lái)連接t l a j 基合金和 4 0 c r 鋼，目前尚無(wú)這方面的相關(guān)報(bào)道。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱輸入量較 大的時(shí)候，接頭焊縫處就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的固態(tài)裂紋，其原因是焊縫 處的熱應(yīng)力較大，來(lái)不及釋放，以及脆性碳化物t i c 和脆性金屬 間化合物t i 3 a l 的形成，導(dǎo)致焊縫開裂。如果能夠適當(dāng)控制焊接 參數(shù)，使得熱應(yīng)力及時(shí)釋放，并抑制t i c 和t i ，a l 的生成，就能 得到完好沒有裂紋的焊縫接頭。在焊接前將試樣先預(yù)熱到6 0 0 ， 焊接結(jié)束后再以小于2 0 0 s 的冷卻速度將試樣進(jìn)行緩冷，就可 以獲得完好的接頭。但是比較難以控制這樣的條件，因此完好的 接頭的成品率不高，采用電子束焊接方法來(lái)連接t i a l 基合金和 4 0 c r 鋼不適宜于大批量生產(chǎn)。 本文又對(duì)采用釬焊方法來(lái)連接t i a l 基合金和4 0 c r 鋼的可行 性進(jìn)行了研究。釬焊中所選用的釬料金屬為活性銀基釬料和 t i c u - n i 三鬃箔片緩殘的避渡層。釬焊瀑度受9 0 0 ，絳溢3 秒。 銀基釬料與母材金屬之間的反應(yīng)謦擴(kuò)散比t i c u - n i 更強(qiáng)烈。兩種 釬料的焊縫接頭中都生成了金屬間化合物a i c u ：t i ，但憋在 t i c u - n i 三層過(guò)渡鼷中，a i c u 2 t i 只在c u 層和t i 層之間形成， 覆在c u 層幫強(qiáng)屢之聞囊沒有形成。繇叛t i c u - n i 三擦過(guò)渡鼷酶 室溫接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于銀基釬料的4 2 6 m p a 的室溫接頭強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞；t i a l 基合金，4 0 c r 鋼，連接，顯微組織 j o i n i n go ft i a l b a s e da l l o yt os t e e l a b s t r a c t i no r d e rt od e v e l o pt h ej o i n i n gt e c h n o l o g yo ft i a lb a s e da l l o y s a n ds t r u c t u r a ls t e e l s ，e l e c t r o nb e a mw e l d i n g ( e b w ) a n dr a p i d i n d u c t i o n b r a z i n gw e r ei n v e s t i g a t e d i nt h i st h e s i s a sj o i n i n g m a t e r i a l s ，t h e s t r u c t u r a ls t e e l4 0 c rw i t ht h e c o m p o s i t i o n o f f e - 0 4 c 一1 o c r - o 7 m n 一0 3 s i ( a t ) a n dc a s tt i a lb a s e da l l o yw i t ht h e c o m p o s i t i o no ft i 一4 6 a 1 - 2 c r - 2 n b ( a t 、w e r ee m p l o y e d t h ew e l d a b i l i t yo fc a s tt i a lb a s e da l l o yt ot h es t r u c t u r a ls t e e l 4 0 c rb ye l e c t r o nb e a mw e l d i n gw a si n v e s t i g a t e di nt h i ss t u d y i tw a s f o u n dt h a tw h e nah i g h e rh e a t i n p u tw a se m p l o y e d ，s o l i d - s t a t e c r a c k i n ga p p e a r e di nt h ew e l d sd u et oah i g ht h e r m a ls t r e s s ，a sw e l l a sf o r m a t i o no fab r i t t l e p h a s e t i ca n das m a l lf r a c t i o no f i n t e r m e t a l l i ct i 3 a 1 c r a c k - f r e ew e l d sc o u l db ea c h i e v e di fw e l d i n g p a r a m e t e r sw e r ep r o p e r l yc o n t r o l l e ds u c ht h a tt h e r m a ls t r e s sw a s r e l e a s e da n df o r m a t i o no ft i ca n dt i 3 a lw a ss u p p r e s s e d t h es o u n d w e l dw a so b t a i n e db yp r e h e a t i n gt h ew e l d m e n tt o6 0 0 。c ，c o n t r o l l i n g t h ec o o l i n gr a t et ob el e s st h a n2 0 0 。c s a l t h o u g hac r a c k - f r e ew e l d c o u l db eo b t a i n e du n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n s ，i t sy i e l ds t r e s si sn o tv e r y h i 曲s oj o i n i n gt i a ib a s e da l l o yt o4 0 c rb ye l e c t r o nb e a mw e l d i n g m a yn o tb es u i t a b l ef o rl a r g e s c a l ep r o d u c t i o ni nt h ef u t u r e r a p i d i n d u c t i o nb r a z i n gi sas i m p l e r , m o r ee f f i c i e n ta n dm o r ec o s t - e f f e c t i v e j o i n i n gm e t h o d 。 i nt h ep r e s e n ts t u d y , a na c t i v es i l v e rb a s e df i l l e rm e t a lo f a g c u - t ia n dat h r e e - l a y e r e df i l l e rm e t a lo ft i - - c u - n if o i l sw e r e s e l e c t e d 。b r a z i n gt e m p e r a t u r ea n dh o l d i n gt i m ew e r ef i x e da t9 0 0 。c f o r3 0 s e c o n d s t h ed i f f u s i o na n dr e a c t i o no ft h em o l t e nf i l l e rm e t a l o fa g c u - t iw e r es t r o n g e rt h a nt h o s eo ft i c u - n il a y e r s 。t h e i n t e r m e t a l l i ca i c u 2 t if o r m e di nb o t ha g - - c u t ia n dt i - c u - n if i l l e r m e t a l s 。t h e r ew a sn e a r l yn or e a c t i o nb e t w e e nc ul a y e ra n dn il a y e r , a n da 1 c u 2 t io n l yf o r m e db e t w e e nc ul a y e ra n dt il a y e ro ft i - c u - n i f i l l e rm e t a l f o rt h i sr e a s o n ，t h es t r e n g t ho ft h ej o i n tu s i n gt i c u - n i f i l l e rm e t a lw a si n f e r i o rt ot h a to fa g - c u - t if i l l e rm e t a l b yr a p i d i n d u c t i o nb r a z i n gu s i n ga g - c u - t if i l l e rm e t a l ，aj o i n ts t r e n g t ho fa s h i g ha s4 2 6 m p a a tr o o m t e m p e r a t u r ew a so b t a i n e d k e y w o r d s ：t i a lb a s e da l l o y , 4 0 c rs t e e l ，j o i n i n g ，m i c r o s t r u c t u r e 上海交通大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下， 獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文不包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。 對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式 標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：r 棗孓) 日期：護(hù)哆年月翹日 上海交通大學(xué) 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位 論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密q ，在蘭年解密后適用本授權(quán)書。 本學(xué)位論文屬于 不保密口。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“4 ”) 學(xué)位論文作者簽名：- 7 套、 日期：護(hù)q 年f 月題日 指導(dǎo)教師簽名： 檄 日期汐年，月珂日 上海交j 髓大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 第一章文獻(xiàn)綜述 隨著汽車程舷天、航空王業(yè)的邈猛發(fā)震，人囂】對(duì)冀零部 牛材料的性轆翦要求越來(lái) 越高，特別是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件，如渦輪增壓轉(zhuǎn)子及葉片。人們希望能找剁一種性能優(yōu) 勢(shì)的材料，使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)有更毫蟾工捧效率。蠢更穩(wěn)定的工作搜裁和更長(zhǎng)的使用壽憊。 傳統(tǒng)材料鎳基超臺(tái)盤由于密度較大卜8 9 ，c 矗) 越來(lái)越成為其應(yīng)用上的一個(gè)盎要障礙，而 陶瓷材料由于比重小。使用溫度離，已經(jīng)開始作為發(fā)動(dòng)機(jī)材睪車磷技工業(yè)器所重稅。如 s i 3 n 4 卜3 2 9 ，c m 3 ) ，但是由于陶瓷材料脆、易攢壞，從而限制了鋁的廣泛使用。 正是在這樣一秘王韭皮用鶩景下，t 渡l 蒸壘屬闖純臺(tái)凌由予其優(yōu)異鶼牲毿焉囂益 為汽車和航天工業(yè)所重視。t i a i 基臺(tái)眾密度低、熔點(diǎn)商、高溫強(qiáng)度好、剛性好、抗氧 純毪釋撬壤錘蛙好、穰量大及抗蔽氮麓力強(qiáng)，且有著童l 己辯酶蠕交性憝 i - 9 1 ，麗這黧幫 怒新一代發(fā)動(dòng)機(jī)材料所要求的，因而t i a i 基含金被認(rèn)為是一種理想的、寓有研究開發(fā) 殿用前景的航空、航天、軍事及民嗣的新型的離溫結(jié)構(gòu)材輯，并有希望敬代傳統(tǒng)的高 灄合金，如鏢基超食金等材料。盡管有著如此眾多的優(yōu)異性能，但是t i a i 墓合金的室 漱塑性較低，可加工性能較薤，這成為該材料工業(yè)應(yīng)用的最大障礙。目前，急待解決 的關(guān)鍵月題是搬藹逐過(guò)控裁最擻組織積會(huì)金域分提寒絳會(huì)力學(xué)技能鞋及如何啦比較 蹇 單的工藝途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。因此m l 合疊的顯微組織與力學(xué)性能的關(guān)系及合金的 王篷應(yīng)嗣豹成為各強(qiáng)辯技工幸# 者豹駢究重點(diǎn)，并麓梵逡孿亍了大豢麴磷究，敷褥了較大 的進(jìn)展。嗣此同時(shí)，t i a i 基合金與其它材料的連接也是其產(chǎn)業(yè)化的另一個(gè)研究重點(diǎn)。 1 1 研究背景 旱在= 十世紀(jì)5 0 年代，人們就殲始在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中使耀鈦基合眾【】，扶麗 噴氣式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)囊q 性能獲得了較大的提高。鈦基合裊密度低，作為鎳基和鐵基趟合 愈的替代材料，可以大大的降低發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，從而提高推重比。但是鈦基合金( 如 i m i 8 3 4 ，t i 1 1 0 0 裔金) 的離溫強(qiáng)度及抗氧化能力限制了其廣泛應(yīng)用，一般使用漱度 不超過(guò)6 0 0 1 l 】。麗且t i 慕合金程斑溫下的蠕變強(qiáng)度、阻燃熊力也較裝。所以?？?研工作者希望找到一種新型材料，它比傳統(tǒng)鐮基超合金疆輕，但又必須在使用溫度范 上海交通大學(xué)碩士學(xué)證論文 第一章文獻(xiàn)綜述 驥內(nèi)和鎳基合金擁有網(wǎng)樣豹力學(xué)性能嗣抗氧化能力。t i a i 基岔眾嬡是在這樣一種研究 囂蓉下發(fā)震怒絮瓣。t i a l 基赍金每箕鏈輻避靜搖辯各種犍麓靛詳纓耽較撼襲 1 - 1 【1 2 1 8 】。 襲1 - 1t i m 基盒謦其他合壘的備張性能比較c 1 2 1 8 t a b l c l 一1p r o p e r t i e s 西懶 一b # e dc o n v m l t i o n a la l l o y s , t i t a n i u ma l u m t n i d e sa n dc o n v e n t i o n a ls u p e r a l l o y s 性能 t i 基 t h a i 基 t i a l 基高瀨超合金 |密度( g c m 3 ) 4 54 1 4 73 7 3 。98 3 |模量( g p a ) 9 6 1 1 51 2 0 1 4 51 6 0 1 7 62 0 6 l弱救強(qiáng)度( 掩協(xié) 3 8 0 l1 5 07 0 0 9 9 0 4 0 0 6 3 0， 靛糖強(qiáng)度( m p a ) 4 s 0 i 2 0 0g 鞠 1 4 04 5 0 7 0 0 | 蠕變溫度0 2 ) 6 0 0 7 5 0 1 0 0 0 1 0 9 0 氡傳溫度( ) 6 0 0 6 5 0 9 0 01 0 9 0 整灄延性( ) 1 0 2 02 ?l 3 3 5 商瀨延性( ) 高 1 0 2 01 0 9 01 0 2 0 結(jié)鞠 h c p b c c d 0 1 9 l l of e c 凡1 2 從表中可以看出，t i m 基含盎的比重與鐵基會(huì)金差不多，為鐮基超合金的半左 右，熄離溫性能較鈦基臺(tái)金有較大的提高，基本達(dá)到或超過(guò)丁超食盤的技術(shù)指標(biāo)，而 蘸霹強(qiáng)笈瑗箕中t - t i m 菱舍金的高瀑佳能要鮑。曠 i 矗l 合金好，魏詫r t i a l 纂食金逐 漸成為高溫結(jié)構(gòu)材辯用材的首城替代材料，廣泛應(yīng)用于汽車或航空發(fā)動(dòng)楓的巔溫部件， 如渦輪盤、葉片和氣閥門等。歸納起來(lái)，相對(duì)麒宦高溫材料來(lái)說(shuō)，t i m 基含眾的主要 艘翅饞勢(shì)在于1 2 】： ( 1 ) 較之其譴常耀結(jié)拇材辯的跑粼憔嵩。離囂鏈蠢孳j 子要求低瓣辣漿韶襻趣禳霧、鞫 件以及支撐件等，同時(shí)可以將噪聲麓動(dòng)移至較高頻率而提高葉片鋅部件的壽命： ( 2 ) 怒好的離激抗蝸交性能，使其w 能替換菜魑鐮基離溫臺(tái)焱鄢搏，以減輕部 牛瓣重 攘； ( 3 ) 良好的阻燃能力可替換一魑鼯貴的阻燃設(shè)計(jì)鈦合金。 懊是，研究發(fā)現(xiàn)t i a i 基合金的室溫延性朔斷裂韌性羞，并鼠其加工蝕、成形性 麓，這些成為t i m 蕊會(huì)金在工救上廣泛應(yīng)用麴主要藩褥1 9 】；這一點(diǎn)霹7 臺(tái)焱梵海嚴(yán) 燕。在過(guò)去幾十年的研究過(guò)程中，入們一壹致力鼉?nèi)~- - t i m 臺(tái)盎的性能提離上，將疑 惑宅的中、低溫嫩性，成型性，高瀨抗氧化性躥。 2 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 1 2t i a i 基合金的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀 t i a i 合金的研究開始于5 0 年代的美圖，研究發(fā)現(xiàn)該材料有優(yōu)異的高溫性能 1 9 】。 經(jīng)l 窶4 0 多年靜發(fā)曩，攝據(jù)殘努藏組織來(lái)麓分，y - t i a ! 基含鑫靜發(fā)震冒疑蠡| 分為三個(gè)除 段 2 0 1 。 在研究之軔，美謦學(xué)者對(duì)t i - 5 0 a i 二元臺(tái)壘豹性裁遘章亍7 騷究，螽強(qiáng)合衾靜室溢 塑性太差而放棄。第一代y t i a i 含金的發(fā)展計(jì)劃魁由美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室發(fā)起，p w 實(shí)驗(yàn)室具體實(shí)施蘸【2 l 】。鹺究久昃對(duì)運(yùn)1 0 0 嵇不熬成分豹t i a i 臺(tái)金送行了磷究，結(jié)糶 發(fā)現(xiàn)凰有屜佳性能的合金是t i + 4 8 a i 1 v ( o 1 c ) ( a t 呦，這就是第一代的典型成分的 t i a i 臺(tái)金。滾合金經(jīng)鍛逡螽，室淦莛惶遮到2 ，輯裂餐援為1 2 m p a - , m ，沖擊功為 1 4 j ，及較好的抗蠕變性能。但煅這些力學(xué)性能在當(dāng)時(shí)無(wú)法達(dá)到任何種工程部件的性 鏈要求。該成分靜鑄態(tài)含金，由于過(guò)予戇大靜鑄態(tài)組緩焉繁致延縫毅強(qiáng)度太差。新甄 當(dāng)時(shí)并沒有引起人們廣泛的關(guān)淀。 崖瑙8 0 年代，哥囊a l 靛頦的發(fā)震詩(shī)潮方再次癍美國(guó)空軍發(fā)超，羨禽g e 公爵研究 人員在第一代合金研究的成果積累及相莢研究的熬礎(chǔ)上，開發(fā)出了第二代典型t i a i 臺(tái) 金( t i - 4 8 a 1 2 c r - 2 n b ) 【2 2 】，該臺(tái)金具有戇薤好熬綜合性熊g | 超了激秀范鋈麓廣泛興 趣。研究發(fā)現(xiàn)該合金的全層狀組織具有較好的綜臺(tái)性能。通過(guò)一陜速凝固及形變工藝制 備豹該臺(tái)金，其緇晶戳態(tài)組緩麓暴出良好鮑廷經(jīng)及強(qiáng)度，渡及蠡葑瓣抗氧 毛縫力。氆 是一般全層狀組織較粗大導(dǎo)致了室溫拉伸性能的降低【2 3 ，2 4 】。 海了進(jìn)一疹挺亳瓣辯匏綜合力學(xué)注筑及抗毫濺能力，濺過(guò)添熱綴元疆繁會(huì)金的成 分，殲發(fā)了第三代的y * t i a i 基合金，并獲得了細(xì)晶全層狀組織。通過(guò)控制該類材料的 鑫筏尺寸及袋冀聞鼯，蹇溢強(qiáng)艘蠢塑洼霹蟹春較大豹提高。 面對(duì)t i a i 合金的開發(fā)前景近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)脆性金屬問(wèn)化合物的研究出現(xiàn)了 兩種趨勢(shì)：一怒研究溶贏更高，可以在1 0 0 0 1 2 0 0 cq - 作的新型金耩聞純臺(tái)物。二是 發(fā)展以金屬間化合物為基礎(chǔ)的復(fù)臺(tái)材料，如用s i c 、a 1 2 0 ，、t i 0 2 等作為增強(qiáng)體金屬闖 化合物為基體。同時(shí)關(guān)于t i a i 纂合金的高溫性能的研究改進(jìn)過(guò)程剛剛開始。 我國(guó)也予1 9 8 8 年姆t i a i 基會(huì)金的磷究列入囂家“八六三”裹技術(shù)耨拱搴善發(fā)展計(jì) 劃，許多科研單位經(jīng)幾年的努力在合金的結(jié)構(gòu)、變形特性、添加元豢的影響及合金制 墨技術(shù)等方垂遴囂 辜竅殘散豹研究工佟，勢(shì)發(fā)表了多篇美 t i a i 蒸臺(tái)金靜論文。罄 本也于1 9 8 8 年三月報(bào)道了應(yīng)用t i a i 基合盒試制成實(shí)驗(yàn)用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 1 3y - t i a l 合金的基本性能及相圖 1 3 it i a i 合金的基本性能 長(zhǎng)程有序金屬間化合物原子排列有序，結(jié)合力強(qiáng)，兼有金屬鍵和共價(jià)鍵特征，表 現(xiàn)出高溫結(jié)構(gòu)材料所期望的優(yōu)異性能，如強(qiáng)度高、彈性模量大、形變硬化率低、自擴(kuò) 散慢和組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)【2 5 】。t i a i 基合金是其中的典型代表之一。它比重輕、 熔點(diǎn)高、兼有金屬材料較好的塑性和陶瓷材料較高的高溫強(qiáng)度，其使用溫度可介于高 溫鈦合金與高溫結(jié)構(gòu)材料之間。表1 - l 和圖1 1 分別給出了t i a i 基合金的一些基本性 能指標(biāo)及其與幾種高溫材料的典型性能對(duì)比。從中可以看到，相對(duì)其它高溫材料，7 - t i a i 合金有著許多優(yōu)異性能，如密度低、熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度及模量大、抗氧化性能及抗吸 氫能力強(qiáng)，且有著優(yōu)異的蠕變性能。但是同時(shí)它也有其致命的弱點(diǎn)：低溫塑性差，抗 破壞能力差。另外，y - t i a l 合金的導(dǎo)熱性能與熱膨脹系數(shù)比鈦合金要高。 t i a i 合金的這些物理性能與材料的晶體結(jié)構(gòu)和微觀組織有著密切的關(guān)系，并且是 由其所決定的。比如，t i a i 合金中的強(qiáng)t i a l 鍵的存在，使原子的擴(kuò)散需要克服較高 的勢(shì)壘。這樣材料在較高溫下，仍具有較高的強(qiáng)度及抗蠕變能力，并且在較大的溫度 范圍內(nèi)保持高的剛度。但是，正是這種強(qiáng)鍵結(jié)構(gòu)的存在降低了它的塑性變形能力【5 】。 如果不加入其它的合金元素， - t i a i 合金和其它金屬間化合物一樣，缺乏作為結(jié)構(gòu)部 件所需的延性和韌性 1 - 9 】。 t k ) 言 尋 呈 ! i 芒 2 囂 ( a )t ) 4 一beu言亂王一c-oc三里0一譬h匹a 圭! 墅點(diǎn)璺堡圭堂焦堡壅 墨二皇塞墮堡墮 ( b ) 鞫卜17 - - t i a i 臺(tái)壘與( a ) f e 熬，n i 基超龠裊及傳統(tǒng)t i 會(huì)焱基本性能比較( o 8 0 0 c ) ， 國(guó)) t i - 6 a i - 4 v 會(huì)壘程0 - 6 1 ) 0 溢菠透囂豹基本秘瓚性能的對(duì)比馨6 ，2 7 】 f i g - l 一1 ( a ) p r o p e r t i e so f f e + b a s e ds u p e m l l o y 、n i b a s e ds u p e m l l o y 、t i b a s e da l l o ya n d p t i a l ( o _ 8 0 0 c ) ，( b ) p h y s i c a lp r o p e r t i e so f t i - 6 a l 4 va n dy - t i a l ( 0 - 6 0 0 c ) 2 6 2 7 1 1 3 2 耜圖昂柏結(jié)構(gòu) 圖1 - 2 憝l f l 前普遍接鼴的t i - a i 二元相圈的中間部分( 目p ? - t i a l 的部分) 2 6 2 7 。 入秘鑷孚藏拜蝰了對(duì)t i a l 榴豳的騷究，t i a i = 元據(jù)強(qiáng)在1 9 4 9 年善次發(fā)襲。a a f 建立 r 許多不同的模型計(jì)算過(guò)t i a i 二元相圖c 2 8 3 l 】，但是贏到8 0 年代，褶辯完整的二元 相圖才構(gòu)建越來(lái)，后經(jīng)過(guò)不斷的修正，前前后后經(jīng)過(guò)了四十多年，才得到了目前被瞥 遍接受二元相強(qiáng)【2 6 】。 獻(xiàn)稿圈霹踅，t i a i 基會(huì)眾在褶圈上存簌3 種可箍的秘生欄、2 個(gè)憊菇反應(yīng)稻一個(gè) 共析反應(yīng)。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)t i a i 合金相嶷的研究就沒宵間斷過(guò)，隨著研宄工作的積 集，對(duì)該二咒系合金中存在的各種相變也肖了大致的了解。 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一竄文獻(xiàn)綜迷 ( a ) 槽 b 2 l l o( b ) 圖1 - 2 ( a ) t i a i 二元相圖的中間部分( a l 含量為3 0 一6 0a t ) 教葵( b ) 三靜奎螫輻c t 2 ( d 0 1 9 ) 、( b 2 ) 耬7 ( l i 。) 靜磊體縫稼e 2 6 】 f i g 1 - 2 ( a ) t h ec e n t r a lp a r to f t i a lb i n a r yp h a s ed i a g r a m ( a ic o n c e n t r a t i o n3 0 6 0a t 一) ( b ) t h ec i y s m ls t r u c t u r eo f t h r e em a i np h a s e0 2 ( d 0 1 9 ) 、p ( b 2 ) a n d7 ( l l o ) 2 6 】 1 4t i a ! 基合金的應(yīng)用及其意義 t i a i 臺(tái)壘的應(yīng)嗣研究一般在遣訝需要減輕重量躺靛空、航天私汽車眉發(fā)動(dòng)輥郝鋅 上展開。 1 4 1t i a i 基合金在戴繳發(fā)動(dòng)祝上的藏斌 暈譙1 9 9 3 年美落o e 公司己經(jīng)開始蔣鑄造t i - 4 7 a 1 - 2 c r - 2 n b 合焱僬蓮氣祝時(shí)片裝 在c f 6 + 8 0 c 2 做1 0 0 0 個(gè)模擬飛行周次的考核，結(jié)果t i a i 基合金葉片完整無(wú)損。1 9 9 6 6 鬃一剮廛瓣 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章烹獻(xiàn)綜述 年又裔n a s a 的a i t p 計(jì)劃，終g e 一粥發(fā)動(dòng)轆5 級(jí)鞠6 級(jí)低壓氣梳時(shí)笄，工作主要 氆括盱片的設(shè)譯，近終瑤盼囂蠢l 蠶工藝麓騷桶實(shí)鼯考核，囂搽要取鼗蒙采魏r e n e 7 7 # 月片，戳降低熬量。 在壓氣機(jī)葉片臺(tái)架試驗(yàn)取得照好結(jié)果的同時(shí)，t l m 基心盎作為渦輪盤、支撐架、 嘗粱等應(yīng)爝瀵駿也在爨步鰓袋舞。t i a i 墓窘憊程靛空發(fā)魂露波鞠麴耄義鞠徐蕊最丈。 l ，4 2t i a i 基裔裊在車掰廢氣j l i 簋瓣輪上靜戚掰 8 本豪都大學(xué)移j | l 崎重工渡株氏會(huì)敕耨彈發(fā)甚一4 7 a 1 - f e 。b 舍金憝體耩鑄發(fā)動(dòng)規(guī)， 多 較f f s 0 m m 波氣增壓囂漏輪。臺(tái)架試驗(yàn)嬙慕滏嘎，鑫予戳t l m 驀臺(tái)金替代鑄造鐮基 簡(jiǎn)溫合金制作增壓器渦輪可以使渦輪轉(zhuǎn)予減纛5 0 以上，以t i a i 基含金渦輪增壓的發(fā) 淤撬翱迷噙斑瓣聞顯著減少。這對(duì)改善孳嗣靛凌撬酌翔速瓣態(tài)翡盛特往，減少燃燒不 競(jìng)分臻凌氣浮疑藿等冀存重要意義。在攀瘸發(fā)湊褫葵毽幫孛 上豹痊翔主要跫送、讒氣 閹f 1 裙料減羹良減輕發(fā)動(dòng)梳綴動(dòng)噪聲瓣染，敬饕發(fā)動(dòng)機(jī)工作特犍。 l + 4 3t i m 辯輇：l l 燕器癱薅懿意義 增壓器懸刺用發(fā)動(dòng)機(jī)排艘的廢氣來(lái)驅(qū)動(dòng)的，弭通過(guò)壓氣機(jī)葉輪將空氣壓入發(fā)動(dòng)機(jī) 內(nèi)，使燃?xì)庠谳^短豹時(shí)間內(nèi)寬分燃燒，擒離車輛的燃燒效攀和機(jī)動(dòng)性能。汽車的加速 髓是掇動(dòng)性能的霆要撂標(biāo)，它愛獲了車輛在行裝避程孛茲鵑痰特性饔操穆性艇。棗轎 車、公菸汽車樣都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性提如了較高的委求，特別是對(duì)特種用途舉輛來(lái)說(shuō)， 勰遴縫更是個(gè)至關(guān)黧要的瓣避。評(píng)價(jià)溺輪矮篷囂女速性# 菇耘熬姆性毽b 3 2 1 舞： 轉(zhuǎn)= 淼= 琢g d 瀛2 國(guó)2 ( ) 孵e 艇4 嘲零e h 礬 。 式中：i r 一渦輪壤慣性瓶，g e - * 燃?xì)饬髁?，g 渦輪重量， 穢- 一絕熱壓頭，脅- 一渦輪盥 經(jīng)，岱一角速凌，越一載輇效攀系數(shù)。b 魏莛孵窩掰子，箕德壤意義鼗是熱逮拜掌蠲豹夫 小，b 埴越小，渦輪增壓器馳加速性能就越好。從式中可姓鬻出，渦輪的加速與渦輪 的撮慣性矩i 。有關(guān)，而k 又與渦輪的重量和越徑有關(guān)。當(dāng)車輛從患逋狀態(tài)突然加載割 全負(fù)猿，群氣管臀黑翅：當(dāng)擎輛在高原行駛糖笈韻撬有效功攀下簿、酒耗率增翅( 海 拔平均每升黼1 0 0 0 米，有效功率降低1 0 2 0 ，油耗率增加“5 ) ，這蝮贏是困擾 汽車袋動(dòng)輥浚幸 辯的闞題，巍了罐褰翅逮瞧熊，魏鎣璞壓效率，競(jìng)努燃燒辯詆漉耗率， 就需瑟丈幘發(fā)躐小溪羹矩。如萊轉(zhuǎn)動(dòng)部靜熬溪量麓減奪2 5 ，雖嘻汽率靜熱逮攀大約毽 黼6 ( 3 3 】，大大改善了加速時(shí)的反應(yīng)速魔，健晌疵時(shí)聞嘲鼴縮短。渦輪增艨器轉(zhuǎn)動(dòng)橫 7 上海交通大學(xué)磁士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 量減小，不僅搜發(fā)動(dòng)機(jī)瓣態(tài)響應(yīng)快，使不冒煙或少鬻煙，麗鼠在突減負(fù)荷時(shí)可以避免 增壓器喘振 3 4 1 。在增壓器的旋轉(zhuǎn)郯件中，渦輪的慣星矩大約占總慣爨的8 0 ，若無(wú) 法改變材料密度，要減小慣量矩，就得減薄葉片厚度減少葉片數(shù)量，減小渦輪盤直 徑等。健是這秘方法均增加了時(shí)辟的應(yīng)力，降低了時(shí)片斡強(qiáng)度，增加了時(shí)片斡受蔫， 使葉片之間回轉(zhuǎn)面上的流動(dòng)情況變壞，擴(kuò)大了葉片臌力面上的倒流區(qū)，使損失增加。 犍麓愛囂惡純。由于t i a i 基金金的密度哭竅鐮基越會(huì)金戇一半，困戴t i a i 基會(huì)金渦 輪增壓器的成功應(yīng)用，可以大大地提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的性能。 囂蘩國(guó)內(nèi)終在金屬受鑄造成形方囊戇臻究都取褥了一定躲進(jìn)震，勢(shì)成功_ l 亟囂l 精密 鑄造方法鑄造出了t i a i 增壓器渦輪。 t i m 基舍焱在工程上懿瘟焉，必然要焱到連接鶼閆蔻，懿括其垂嶷懿連接及與其 他材料的連接問(wèn)題，是實(shí)際應(yīng)用中最常遇到的技術(shù)問(wèn)題，因此開展這方面的研究是有 痤嗣茲最及現(xiàn)實(shí)意義豹。甄對(duì)于t i a l 基臺(tái)金在菱魂稅渦輪增囂器上熬斑瘸，裁必須研 究t i a l 渦輪增聯(lián)器轉(zhuǎn)子與軸的連接，通常軸的材料媳一種低含金鋼，本文選用了最常 震魏4 0 c r 鋼。迄今為止，文藏?cái)z遵關(guān)于t i m 基合金匏簿接方法有最囂臻的熔爆，蟊 鎢極氣體保護(hù)焊和電子束焊等以及固態(tài)焊接如擴(kuò)散焊、摩擦焊和釬焊等。但文獻(xiàn)報(bào) 道戇上述溽接方法大多是莢予t i m 基會(huì)金爨雋戇焊接，露鴦芙t i a l 蒸臺(tái)金與鏹豹簿 接的報(bào)道為數(shù)不多。綜合考慮可利用的設(shè)備和連接方法的可行性，本文采用的焊接方 法莛龜予素殍秘鎊浮。 1 5t i a ! 基合金的邀子京焊概遮 1 5 1 墩予束彈的特點(diǎn) 電子京焊工慧具毒縵多往予傳統(tǒng)焊接工藝方法的特點(diǎn)，霹翔納攆下 3 5 t ： ( 1 ) 焊縫深寬比高：電子束斑點(diǎn)尺寸小，功率密艘大?？蓪?shí)現(xiàn)高深繞比( 即焊縫深 囂窄) 的焊接，深寬琵這6 0 ；1 。 ( 2 ) 焊接速度快，焊縫物理性能好：能鬣集中，熔化和凝周過(guò)程快。 ( 3 ) 縟俘熱變形小：劫率密度離，輸入辮俘的熱整小，滓偉變形小。 ( 4 ) 焊縫純沽度高：真空對(duì)焊縫霄良好的保護(hù)作用。商真空電子束焊尤其適合焊接 鈦合金等活性材料。 ( 5 ) 王芑適成性強(qiáng)：參數(shù)易于調(diào)節(jié)，便予馕轉(zhuǎn)，瓣焊接續(xù)鞫奄?gòu)V泛躲適應(yīng)惶。 ( 6 ) 可焊材料瘳：不儀能焊接金屬和異種金屬材料的接頭，也可焊非金屬材料，如 8 上海交通太學(xué)五曼士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 陶瓷和石英玻璃等。 ( 7 ) 再現(xiàn)性好：焊接參數(shù)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化控制。熏復(fù)性和再現(xiàn)性好，提高 了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。 ( 8 ) 可麓化般工工藝：可將重復(fù)豹大型整體揮舞分戈易于糖工始、麓單豹或小型漿 俘，嗣毫子窳焊為一個(gè)整體，減少翅工難度，節(jié)省耪辯，籬純工藝。 1 5 2 墩子柬焊的掉按參數(shù) 電子束焊的主要焊接參數(shù)是加速電壓u 、電子弟流i h 、聚焦電流j n 焊接速度、 及工作距離h 。 ( 1 ) 加速電壓：在大多數(shù)電子柬焊中，加速電壓往往不變，根據(jù)電子槍的類型( 低、 中、裹壓) 選取巢一數(shù)值，如6 0 k v 或1 5 0 k v 。旋相嘲的功率、不同的女h 速電 壓下，聯(lián)提攆縫深度韶形狀是不羈戇。掇裹搦速呶壓霹增加爆縫熔深。當(dāng)焊接 夫囂件并要求褥捌窄 i | i 平行靜渾縫線電子槍與霹件薛距離較大霎幸胃提輻赭速 電隘。 ( 2 ) 電子束流：束流與加速電壓一起決定著電子束的功率。由于電壓基本保持不變， 所以為了滿足不同的焊接工藝需要，常常要調(diào)整柬流值。在焊接各種不間厚度 的材料時(shí)，要改變束流，以得到不同的熔深。在焊接大焊件時(shí)，由于焊接速度 鉸 氐，隨著坶 牛激度的增加，燼接電流需逐瀕減小。 ( 3 ) 焊接速度：爆接速度和電子束功率一起決定饕焊縫的熔深、焊縫寬發(fā)以及鼓燼 末孝辯匏熔漣釋為( 冷卻、凝固及癢縫熔合線澎狀) 。 ( 4 ) 聚焦電流：鞠對(duì)予焊鋅表瑟而畜，電子柬的聚焦使置霄上焦點(diǎn)、下焦點(diǎn)和表麗 焦點(diǎn)三種，焦點(diǎn)位置對(duì)焊縫形狀影響很大。搬據(jù)被焊材料的焊接速度、焊縫接 頭間隙等決定聚焦位謦，讖而確定電子柬斑點(diǎn)的大小。 ( 5 ) 工作距離：焊件表面與電子槍的工作距離會(huì)影響到電子束的聚焦程度，工作距 離變小時(shí)，電子束壓縮比變大，電子柬斑點(diǎn)直徑變小，增加了電子束功率密度。 蝗工非距離太小會(huì)餿過(guò)多鮑金攝蒸氣進(jìn)入捻體造成放電，粥兩搬不影響魂子捻 穩(wěn)定王佟翡纛孽提下。霹娃采矮鬈霹# 短熊王柞距離。 1 5 3t i a i 基合疊的電子棠掉 在文獻(xiàn) 3 6 1 中報(bào)道了電子柬焊接1 0 r a m 厚的t i 一4 8 a i - 2 c r - 2 n b 時(shí)，預(yù)熱7 5 0 c 司 使 9 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 浮縫轉(zhuǎn)變?yōu)轸科@綴織，德沒有預(yù)熟靜抉遵冷卻時(shí)，焊縫主耍發(fā)艇塊鼙轉(zhuǎn)變。在這季爭(zhēng) 嵩冷卻速度憋條停下，焊繾凡警一定囂裂。耍避受彈縫殲疆必須嚴(yán)榛較涮頹熬過(guò)程。 文獻(xiàn)d 7 中專門研究了閣電子束焊焊接t i m 基合金時(shí)冷卻速度對(duì)焊接裂紋敏感性 馳影璃援簿。文章撂巍冷卻速度是影嫡裂絞魏主要囂素，冷幫速度又圭鬻取決于垮接 速度和預(yù)熱激度。 主瑟囂瓣文鼓 3 6 ，3 7 掇邋戇罄是鴦兼t i a l 蒺臺(tái)金整爨懿滓接，攝步蠢窆簸掇 l 萋莢 予t i a l 基合金和鋼的焊接。在用電子柬姆焊接t i a l 基臺(tái)念翻鋼她對(duì)候，也必須進(jìn)行 頸熱贛及逡耩適當(dāng)?shù)睦鋮s遮藏，西藏密關(guān)t i a t 蘩合金盤舞麓焊接鯨工慧方法霹俸參 考。但由予t i m 基合金和鋼的物理性能肖較大的差別，斛而焊接難度比t i m 基合裊 翅巍麓焊接難發(fā)要大。 1 6t i a ! 基合金的釬焊概述 1 6 1 釬掉概漣 釬焊的椴舉掏題是如何能夠得到一個(gè)優(yōu)質(zhì)的接頭。遮樣的接頭只肖崧液態(tài)釬料 戇充分逢流入并鼗密楚填滿全熬舞縫瓣藩，哭與母材撮盔 璁轄互鏜羈靜蘸攜下孝胃戇 獲得。因此，釬焊包括兩個(gè)過(guò)程：一燕釬料填滿釬縫的過(guò)程；二是釬料同母材的相艇 侔翅過(guò)程。鎊辯對(duì)姆謄| 靜瀨漫蛙是鎊辯瓣攫要工藝蛙g 黎揀。演瀑性靜好餐往往關(guān)系 爨接頭強(qiáng)浚瀚蘺 襄。 實(shí)殘毀驗(yàn)表銹，瀲下觳索瓣鋅辯的潤(rùn)濺牲影響較大。 ( 1 ) 釬料和母材的成分；如釬料與母樹譙液態(tài)和固態(tài)均譽(yù)相互作用，則它1 f l 之間的 濾瀑瞧攫差 若哥精麓與母穗掇愛溶解戴彩袋銠會(huì)耘，墨滾態(tài)鎊睪毒麓較努逮潮 濕母樹。 鑄造套壘，連接溢囊冀1 1 7 3 k ，穗鮑溢廑下簧攀 游傲囂與母棗孝 笈瘦澎戲t i a l 3 輕l i a l p 接薷卷1 5 7 3 k 避囂均勻傀疑褒。舞褥接菇器寄晁乎與霉瓣輻 潮的室溢和8 7 3 k 時(shí)的抗拉強(qiáng)度( 2 2 0 m p a ) 。 1 7 本論文靛選矮豢義卑研究巍襻 t i a ! 基臺(tái)盤密瘦祗、熔威薅、毒澄邋麓技溪蠹大、撼氧豫瞧麓及挽皴整糍力強(qiáng)， 鼴蠢萋譙霧黲添變瞧攄，捧凳凝一健毫漆耱辯鰱萋選爨矮，宅酶磷變湃發(fā)蠢蓿重要 的理論與實(shí)際意義。隨著汽棗革航空工業(yè)的艘腥，增壓囂淤戇性能的大幅艘提赫也鼴 盎成為人們的研究重點(diǎn)。儆l 蒸臺(tái)金增駐囂渦輪的鑄造成功，可以從搬奉上勰決壹予 漠囊矩大兩穗沒話受裂躡裂豹耀題；擴(kuò)大了穗熱鼗發(fā)動(dòng)瓿璞藤器設(shè)毒手秘窆懲。在t i a l 增艇器渦翰產(chǎn)啦他的過(guò)程中不可避免地簧攀游劐增壓囂溺輪姆軸的連接閥題。因此， 該課題的深入研究顯得尤為蘑驟，對(duì)渦始增艨器的應(yīng)用也霄麓實(shí)酥意義。 搴論文瓣生臻愛繞“t i m 讒燕器溺徐每鏹皴連接”袋羚，海避囂浚下炭驗(yàn)王裕： 1 采焉鴦子慕簿接方法慕連接t i a i 基食裊每舔。 2 采用釬焊方法來(lái)造接t t a i 基臺(tái)金與鋼。辯瑚該方法米究成t j a i 增塍器渦輪的突 物與鏹麴建緩。 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 參考文獻(xiàn) 1 yw k i m ，i n t e r m e t a l l i c s ，6 ，1 9 9 8 ，6 2 3 【2 】yw k i m ，j o m ，4 1 ( 7 ) ，1 9 8 9 ，2 4 3 s c h u a n g ，u sp a t e n t 5 ，0 7 6 ，8 5 8 ( d e c 31 ，19 91 ) 4 4 ywk i ma n dd m d i m i d u k ，j o m ，4 3 ( 8 ) ，1 9 9 1 ，4 0 【5 m y a m a g u e h ia n dh 1 n u i ，s t r u c t u r ei n t e r m e t a l l i c s ，e d s r d a r o l i ae t a lt m s ，p a ， 1 9 9 3 ，1 2 7 6 ywk i m ，j o m ，4 6 ( 7 ) ，1 9 9 4 ，3 0 7 c a u s t i n ，g a m m at i t a n i u ma l u m i n i d e s ，e d s yw k i m ，r w a g n e ra n dm y a m a g u c h i ，t m s ，p a ，1 9 9 5 ，2 1 8 】8r w a g n er ea p p e a l ，b d o g a np t 以t i t a n i u ma l u m i n i d e s ，e d s yw _ k i m ，r w a g n e ra n dm y a m a g u c h i ，t m s ，p a ，1 9 9 5 ，3 8 7 9 】m j b l a c k b u r na n dm p - s m i t h ，u sp a t e n t 4 ，2 9 4 ，6 1 5 ，1 9 8 1 1 0 】h b b o m b e r g e re ta 1 ，t i t a n i u mt e c h n o l o g y ( d a y t o n , o h ：t d a ，1 9 8 5 ) ，3 【11 】e h f r o e s ，s p a c ea g em e t a l st e c h n o l o g y ( c o v i n a , c a ：s a m p l e ，1 9 8 8 ) ，1 1 2 】金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料，張永剛，韓雅芳、陳國(guó)良、郭建亭、萬(wàn)曉景、馮滌國(guó) 防工業(yè)出版社，2 0 0 i 【1 3 】c tl i u ，ej m a z i a s z , d r c l e m n e s ，j h s c h n e i b e l ，vk s i k k a , tg n i e h ，j l w r i g h t ，l r iw a l k e r , g a m m at i t a n i u ma l u m i n i d e s ，e d s r 眥k i m ，r w a g n e ra n dm y a m a g u c h i ，t m s ，p a ，1 9 9 5 ，6 7 9 【1 4 】c tl i u ，j h s c h n e i b e l ，p j m a z i 嗽j l w r i g h ta n dd s e a s t o n ，i n t e r m e t a l l i c s ，4 1 9 9 6 、4 2 9 2 上海變通大學(xué)碩士舉位論文第一章文獻(xiàn)綜述 【1 5 】s c h u a n ga n dj c 。c h 囂n u 也i n t e r m e t a l l i cc o m p o u n d s ，e d s ，j ，h w e s t b r o o da n dr l f l e i s c h e r , j o h nw i l e ya n ds o n sl e d ，1 9 9 4 ( 2 ) ，7 3 【l6 】y - w lk i m ，g a m m ah t a n i u ma l u m i n i d e s ，e d s y w - k i m ，t m s 。1 9 9 5 ，6 3 7 1 7 】f _ h f r o e sa n dc s u r y a n a r a y a n a , t i t a n i u ma l u m i n i d e s ，p h y s i c a l m e t a l l u r g ya n d p r o c e s s i n g o f i n t e r m e t a l l i c c o m p o u n d s ，e d s n 。s s t o l o f f a n dv _ k s i k l c a ，1 9 9 6 ，2 9 7 1 朝g + s a u t h o f f , i n t e r m e t a l l i c s ，v c hw e i n h e i m ，1 9 9 5 ，n e wy o r k 1 9 j b m c a n d r e wa n dh ，d k e s s l e r , j m e t a l s ( o c t o b e r , 1 9 5 6 ) ，1 3 4 8 【2 鍵銷教等，鏹鐵耩究學(xué)報(bào)，7 ，1 9 9 7 ，4 5 2 1 m j b l a c k b u ma n dm p s m i t h ，u s a i rf o r c er e p o r ta f w a i - t r - 8 2 4 0 8 6 ( 1 9 8 2 ) 2 2 】s c 。h u a n g ，u sp a t e n t , n o 。5 , 0 7 6 ，8 5 8 ，d e e 。3 1 。1 9 9 1 2 3 】y wk i m ，a e t am e t a u ，4 0 ( 1 9 9 2 ) ，1 1 2 1 【2 4 】d ，s s h i h ，e a t ，m i c m s t r u c t u r e p r o p e r t yr e l a t i o n s h i p si nt i t a