鈦合金/不銹鋼復合板的放電等離子燒結技術(shù)制備及其性能

鈦合金的比強度高、抗腐蝕性?xún)?yōu)良、高溫和低溫性能穩定，廣泛用于制造航空發(fā)動(dòng)機葉片和壓氣機盤(pán)等零部件 但是，鈦合金的切削加工價(jià)格昂貴，且其切削精度和加工性能較差[1~3] 鈦合金/不銹鋼復合板綜合了鈦合金和不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，既具有良好的耐腐蝕能力，又具有較高的強度和較低的成本，可進(jìn)一步擴展其在航空等領(lǐng)域的應用[4~7] 鈦合金和不銹鋼的導熱系數和線(xiàn)膨脹系數差異較大，使連接過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應力場(chǎng)分布不均勻，焊后產(chǎn)生較大的殘余應力 連接工藝控制不當會(huì )生成大量的TiFe和TiFe2等金屬間化合物，影響接頭的力學(xué)性能 傳統的熔焊、釬焊、真空熱軋焊等工藝的特點(diǎn)是長(cháng)時(shí)和高溫熔化，常產(chǎn)生較大的殘余應力和組織粗化[8,9] 固相擴散焊，是在低于母材熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行連接，可控制界面金屬間化合物的生成從而提高連接接頭的質(zhì)量 周榮林[10]采用相變擴散連接得到了高質(zhì)量的Ti/SS接頭，優(yōu)化連接溫度、加熱速度、冷卻速度等參數使鈦與不銹鋼的相變擴散連接接頭的抗拉強度達到380 MPa以上 高旺旺[11]采用直接擴散焊接方法，溫度為1183~1243 K、保溫時(shí)間為3000~6600 s時(shí)得到了變形小、組織均勻、性能良好的接頭 擴散溫度為1213 K、擴散時(shí)長(cháng)為4800 s時(shí)得到的接頭性能最優(yōu)，剪切強度為110.47 MPa 但是，長(cháng)時(shí)間的高溫焊接在界面附近生成了Fe2Ti、Cr2Ti、FeTi等金屬間化合物 放電等離子燒結技術(shù)(SPS)是一種新型連接技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是升溫快、過(guò)程參數可精確調控，在微觀(guān)間隙處的微弧放電產(chǎn)生局部高溫將微區高質(zhì)量結合，可用于連接異質(zhì)板材 Miriyev A等[12]采用SPS制備了Ti-6Al-4V/AISI4330復合板，結果表明，連接溫度直接影響界面擴散層，拉伸強度達到250 MPa Umeda J[13]采用SPS連接Ti/AZ80復合板，可在短時(shí)間內制備出比傳統擴散焊接質(zhì)量更高的界面結合 Zhao等[14]也得到了類(lèi)似的結論 Dong等[15]制備TiNi/2024Al復合材料時(shí)，將整個(gè)連接理解為電弧焊、電阻點(diǎn)焊及擴散壓力焊的綜合過(guò)程 本文用SPS連接鈦合金/不銹鋼復合板，先用ANSYS有限元模擬脈沖電流流經(jīng)復合板材的電流密度分布及溫度分布，然后用SPS連接鈦合金和不銹鋼異質(zhì)板材，觀(guān)察分析連接界面的微觀(guān)組織和物相組成、測試其微觀(guān)硬度和拉伸性能，研究異質(zhì)板材的