【正文】 24 / 34 CTiVAlNiTiCAlNi(a) 980℃1min Cu/Ni 箔作中間層試樣線掃描圖 (b)980℃3min Cu/Ni 箔作中間層試樣線掃描圖TiC AlVNi(c)980℃ Cu/Ni 箔作中間層的試樣線掃描圖圖 37 焊接接頭的線掃描圖綜上所述，結合溫度的影響，選擇 Ni 箔做中間層時 980℃保溫 3min 較為合適。C TiC焊縫擴散層Ti22 / 34 工藝參數(shù)對擴散層厚度的影響 表 33 擴散層厚度對比表中，加熱溫度 980℃的試樣，其焊縫寬度高于 1000℃的試樣，而加熱溫度同樣是 980℃，保溫時間 的試樣層厚度高于 3min 和 1min的兩組試樣。例如使用 Ni 箔做中間層時，圖 31 所示為 1000℃保溫 3min，Ni 箔中間層的試樣線掃描圖，借助線掃描圖可以清晰地看出材料中元素的移動。可以降低連接溫度，減少擴散連接時間。擴散連接時，要求接頭成分均勻化的程度越高，連接時間就將以平方的速度增長。圖 23 試樣裝配示意圖把焊好的試樣用線切割機沿著焊縫的方向垂直對稱的切割，然后選擇其中比較好的一半，由于切割后試樣較小，不利于后面拋光加工以完成金相試驗，故需將選定后的小試樣用鑲嵌機進行鑲嵌。圖 21 真空高頻感應加熱爐13 / 34真空爐中釬焊的設備主要由真空釬焊爐和真空系統(tǒng)組成。另一類方法是直接釬焊法，特別是活性釬料釬焊法是目前應用最多的方法。總而言之，真空釬焊可以得到以下好處：可以經濟的焊接復雜的和多零件組裝件；有兩好的應力分布和熱傳導；用簡單的方法可實現(xiàn)大面積或長度的連接；能使鑄造材料和變形金屬連接；能使某些非金屬和金屬連接；能使異種金屬相互連接；能夠使大型組裝件在無應力集中下焊接；能保持被連接金屬的冶金特征；能夠提高知道公差；能嚴格控制工藝過程。這些釬焊接頭塑性好，強度高，是理想的釬焊接頭組織。在真空中，高于再結晶溫度時只施加不大的壓力，就足以使相接觸的焊件接合如果連接區(qū)域擴散開，并具有體積特性時，則就獲得了連接的可靠性和強度。由于異種材料連接的特殊性，常用方法有：熔釬焊、釬焊、擴散釬焊、擴散焊、冷壓焊、摩擦焊等特種連接技術。鈦合金的友誼性能，使之在航空航天工業(yè)和軍事工業(yè)中得到了廣泛的應用 [9]。 ? （3）氮的影響 在700℃以上的高溫下，氮和鈦發(fā)生劇作用，形成脆硬的氮化鈦（riN）而且氮與鈦形成間隙固溶體時所引起的晶格歪挪程度，比是量的氧引起的后果更為嚴重，因此，氮對提高工業(yè)純鈦焊縫的抗拉強度、硬度，降低焊縫的塑性性能比氧更為顯著。例如 AuNi 共晶液相對石墨不潤濕，但假如了 Ta 或 Mo 所構成的 AuNiTa 和 AuNiMo 三元合金則對石墨有良好潤濕性。因此，是一種理想的密封材料。經過特殊加工的石墨，具有耐腐蝕、導熱性好，滲透率低等特點，就大量用于制作熱交換器，反應槽、凝縮器、燃燒塔、吸收塔、冷卻器、加熱器、過濾器、泵設備。石墨的熱穩(wěn)定性良好，膨脹系數(shù)?。?0 6/℃） ，高溫下能經受溫度劇烈變化而不破壞，且其體積變化不大。在隔絕氧氣條件下，其熔點在 3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。最終確定石墨/TC4 合金的接觸反應焊接合適的焊接工藝參數(shù)為：當中間層是 Ni箔時，加熱溫度 980℃，保溫時間 3min；當中間層是 Cu/Ni 箔時，加熱溫度 980℃，保溫時間 。 TC4 alloy。層內原子作六方環(huán)狀排列，碳原子為三配位，碳原子的外層構型為 S2P2，雜化作 SP2。近年來，耐火材料工業(yè)中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內襯中被廣泛應用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應用。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件?？傊?，隨著現(xiàn)代科學技術和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應用領域還在不斷拓寬，已成為高科技領域中新型復合材料的重要原料，在國民經濟中具有重要的作用。 鈦合金的特性鈦是 20 世紀 50 年代發(fā)展起來的一種重要的結構金屬，鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領域。世界上許多國家都認識到锨合金材料的重要性，相繼對其進行研究開發(fā)，并得到了實際應用。TC4 這類合金在高溫是 α+β 型兩相組織，因而得名為 α+β 型鈦合金。因為石墨的熔點很高且在空氣中高溫下容易氧化，所以不宜采用熔化焊的方法，石墨焊接最常用的方法為擴散焊、釬焊。它是液態(tài)釬料、固體金屬和釬焊氣氛三者之間相互作用的結果，液態(tài)釬料如果能夠潤濕基體金屬，則在毛細作用下填滿接頭間隙，形成釬焊接頭。當間隙一定時，提高釬9 / 34焊溫度或延長釬焊保溫時間，增加硼、硅等形成化合物的元素就容易擴散到基體金屬中，但由于結晶時間較短，就可減少或避免金屬間化合物的形成。真空釬焊時，為了獲得優(yōu)質的釬縫，關鍵的條件是使液態(tài)釬料能夠充分地流入并致密地填滿全部釬焊間隙，并與母材基體金屬很好地進行相互的物理化學作用，形成新合金，在冷凝結晶后，得到合乎要求的釬焊接頭。因此，對于線膨脹系數(shù)高的釬料，所釬焊的接頭一般不使用于承受大的熱沖擊負荷和溫度差的熱循環(huán)工作場合 [18]。真空爐釬焊的主要優(yōu)點是釬焊質量高。本實驗采用超景深數(shù)碼顯微鏡對每個試樣的典型組織進行照相，包括宏觀金相和微觀金相，然后觀察金相照片并分析。在本實驗過程中真空度保持在 以下，計算和實驗結果表明，真空室內的真空度在常Pa310??用的規(guī)范范圍內(～ )，就足以保證連接表面達到一定的清潔度，從而確保實現(xiàn)可靠連接。物理化學性能與母材的差異比被連接材料之間的差異小。真空釬焊（即接觸反應焊）焊接焊接頭可粗略地劃分為擴散區(qū)和中心區(qū)兩個部分：(1)擴散區(qū)它主要由母材金屬組成。所以，當保溫時間相同中間層是 Ni 箔時，加熱溫度為 980℃較為適合。26 / 34致 謝本文是在導師祁凱老師的悉心指導下完成的，導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、精益求精、勇于創(chuàng)新的科研精神和敏銳的洞察力使我受益匪淺。一般來說，保溫時間不是一個獨立的參數(shù)，應該根據(jù)其他的參數(shù)綜合考慮。DCBA（a） （b）圖 35 980℃3min Cu/Ni 箔作中間層的試樣組織分析圖表 32 980℃3min Cu/Ni 箔作中間層的試樣接頭微區(qū)成分測試結果元素原子百分比含量%編號 Al Ti Ni V Cu CA B C D 通過對照表 32 我們可知，與 Ti 元素相比，Cu 元素的擴散速度明顯較慢。19 / 34第 3 章 實驗結果與分析本章對石墨/TC4 合金的真空釬焊進行了研究，主要討論了釬焊試樣的組織結構，并借助二元相圖等手段分析了焊接接頭的形成機理以及真空釬焊工藝參數(shù)對界面組織形態(tài)的影響，最終確定了真空釬焊石墨/TC4 合金合適的焊接工藝參數(shù)?？梢砸种茒A雜物的形成，促進其破碎或分解。從大量實驗結果看，連接溫度大都在 ～ (母材熔化溫度)范圍內，最mT適合的溫度一般為 。掃描電子顯微鏡作為一種有效的顯微結構分析工具，可以對各種材料進行多掃描電鏡具有如下特點 [12]：（1） 能直觀觀察大尺寸試樣的原始表面；（2） 試樣在樣品室中可動的自由度非常大；（3） 觀察試樣視場大；（4） 焦深大，圖象立體感強；（5） 放大倍數(shù)的可變范圍很寬，切不用經常對焦；（6） 在觀察厚塊試樣中，它能得到的小的分辨率和最真實形貌；（7） 因電子照射而發(fā)生試樣的損傷和污染程度小；（8） 能進行動態(tài)觀察；它可以從試樣表面形貌獲得多方面資料。本試驗所要實現(xiàn)的是石墨和 TC4 合金異種材料之間的連接。因此，真空釬焊接頭的形成，包含三個相互有關的過程。(5)可將零件熱處理工序在釬焊工藝過程中同時完成?；w金屬在液態(tài)釬料中溶解如果基體金屬和液態(tài)釬料是互溶的，在釬焊過程中，一部分基體金屬有可能溶解于釬料中。 使用真空釬焊的原因真空釬焊是在真空氣氛中不用施加釬劑而連接零件的一種先進的工藝方法，可以釬焊那些用一般方法難以連接的材料和結構，而得到光潔的致密，其具有優(yōu)良的力學性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭 [15]。由于其具有良好的綜合性能，在航空航天、空間技術、核工業(yè)、微電子、汽車、石油化工等領域得到了日益廣泛的應用。結構鈦合金向高強、高塑、高強高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。 ? 4 / 34（1）氫的影響 氫是氣體雜質中對鈦的機械性能影響最嚴重的因素。在純金屬中加入 Ti 等強碳化物元素能夠降低熔點改善潤濕性。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途。石墨在機械工業(yè)中常作為潤滑劑。若將石墨定向排列，加溫、加壓制成定向石墨，其順向導電性約為反向導電性的 1000 倍，故可制成各種半導體材料和高溫導電材料。屬六方晶系，具完整的層狀解理。 / 34 江蘇科技大學 2022 屆畢業(yè)設計（論文） 加中間層鈦合金與石墨接觸反應焊工藝研究 系 部： 機械與材料工程 專業(yè)名稱： 材料成型及控制工程 班 級： 08428151 學 號： 0842815131 作 者 ： 張 寧 指導教師 ： 祁 凱 二零一二 年 六 月I / 34江蘇科技大學本科畢業(yè)論文加中間層鈦合金與石墨接觸反應焊工藝研究Study of contact reaction welding process between titanium and graphite with the interlayer of alloy / 34摘 要本課題研究的是石墨和 TC4 合金的真空釬焊工藝，觀察并且分析了釬焊溫度分別為 980℃、1000℃在不同中間層及不同的保溫時間下的焊縫區(qū)域的微觀組織和接頭區(qū)域成分。每一網層間的距離為 人，同一網層中碳原子的間距為 。導電、導熱性能，電導率約為一般非金屬的 100 倍，碳素鋼的 2 倍，鋁的 3~1 / 34倍。此外，在電解金屬鎂、鋁、鈉時，電解槽的陽極也用石墨電極。在國防工業(yè)中還用石墨制造固體燃料火箭的噴嘴，導彈的鼻錐，宇宙航行設備的零件，隔熱材料和防射線材料。由于純金屬的熔點較高，對石墨的潤濕需要在較高的溫度下才能進行，因此應用并不廣泛。隨著溫度的升高，鈦及鈦合金吸收氫、氧、氮的能力也隨之明顯上升，大約在250℃左右開始吸收氫，從400℃開始吸收氧，從600℃開始吸收氮，這些氣體被吸收后，將會直接引起焊接接頭脆化，是影響焊接質量的極為重要的因素。A2(Ti3Al)和 r（TiAl）基合金的出現(xiàn)，使鈦在發(fā)動機的使用部位正由發(fā)動機的冷端（風扇和壓氣機）向發(fā)動機的熱端（渦輪