TC4钛合金真空钎焊接头显微组织分析

TC4钛合金真空钎焊接头显微组织分析

摘要：采用ag-cu-ti钎料对tc4钛合金进行真空钎焊；采用金相分析、扫描电镜对钎缝的组织结构、元素分布情况进行分析，并对焊件的整体力学性能进行拉伸测试。结果表明，tc4合金板真空钎焊搭接接头处抗剪强度在200mpa以上，钎焊接头处总体的力学性能优于母材；钎缝与基体相临的部位析出了弥散相，钎缝处有cu 的固溶体析出；焊接接头中的主要元素ti、al、v、ag、cu呈规律性分布，钎缝及扩散区域得到以细小笋状的方式生长的cu基固溶体，是为ag-cu共晶组织。

abstract： vacuum brazing of tc4 was carried out with ag-cu -ti filler metal. organizational structure， element distribution of brazed joints were investigated by means of scanning electron microscopy and metallographic microscope，and the joint whole mechanical property was determined by tensile testing method. the results show that shear strength for the brazing joint of tc4 titanium alloy is above 200mpa and whole mechanical property of the brazing joint are better than base metal. dispersed network phase form between base metal and brazing seam， and cu-based solid solution separate out in the brazing seam. ti， al， v， ag and cu of the brazing joint were regular distribution. ag-cu eutectic structure of brazing seam and diffuse region were grown by slender and

small bamboo shoots mode.

关键词： ag-cu-ti；真空钎焊；显微组织

key words： ag-cu-ti；vacuum brazing；microstructure

中图分类号：p755.1 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）22-0048-03

0 引言

tc4合金中钛的含量很高，钛是活性很强的金属材料，在高温下容易与n2、h2、o2反应，并同其它许多金属反应生成脆性金属间化合物，在600℃氧与钛发生强烈反应，800℃氧化膜开始向钛中溶解扩散，氮与钛在高温下则形成脆硬的氮化钛，对钛的塑性影响较大，氢的存在则由于γ（tih2）相析出，也同样使其塑性、韧性降低[1]。采用真空钎焊选择合适的钎料，可以避免高温情况下，氧、氮、氢各种气体元素对tc4合金钎缝性能的影响，从而提高接头的力学性能[1]。在钛及钛合金的焊接中，钎焊适于焊接受载不大或在常温下工作的接头，对于精密的、微型复杂的及多钎缝的焊件尤其适用[2]。在一些钛合金复杂结构、薄壁精密结构的制造工艺中，由于钎焊连接具有独特的优势而愈来愈受到重视，对钛合金用钎料的研究也逐渐成为钎焊领域研究的热点之一[3]。由此，了解tc4

钛合金真空钎焊接头微观组织结构及元素分布情况是十分必要的。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料试验母材采用厚度为1mm的tc4钛合学成分见表1。

要得到组织和性能满意的钎焊接头，钎料必须能较好地润湿母材并能填满接头间隙。此外，钎料的焊接温度必须低于tc4的相变温度，否则将引起母材β晶粒长大，从而影响材料的性能。试验用钎料采用 ag基ag-cu系钎料ag-cu-ti，其熔化温度为779～820℃。

1.2 试验方法目前的钎焊技术和钎料所形成的焊件的性能与其原始基体金属的性能水平相差不多。钛合金的本质决定了其钎焊的主要温度和时间局限性。总的来说，使用焊料并在钎焊温度低于β相转变温度时可获得优良机械性能的钛钎焊部件。

接头形式：本试验所用的材料为1mm的tc4板材；搭接接头。接头形式见图1。薄件为装配方便，搭边长度l=（4～5）δ；δ——待焊工件厚度[4]。由此得l=4δ=4mm。

接头的装配间隙大小是影响钎焊焊缝致密性和接头强度的关键

因素之一。熔态钎料在钎缝中作直线流动，钎缝的毛细能力起很大作用，毛细能力又与钎缝的类型和钎缝间隙的大小有关系。一般说来，钎缝间隙小比间隙大的钎缝的直线流动性更好，但也不是越小越好，钎缝间隙的最佳值在0.01～0.2mm之间，具体数值视母材的种类而定[5]。在不影响钎料填充的前提下，钎焊间隙越小越好[6]。此次试验银基钎料，钛合金焊接装配间隙取为0.05mm。

在钎焊温度下，一方面要使钎料熔化，在毛细管作用下填满接头间隙，并与基体金属进行合金化作用；另一方面使基体材料完成热处理程序中的某一步骤（固溶或淬火）[6]。真空钎焊设备为“真空扩散焊机-6”；其最高加热温度为1650℃，压力为15ton，真空

度为1×10-5torr，钎焊工艺参数如表2。

焊接完成后，对钎焊试样进行拉伸试验；并对接头进行显微金相分析，同时用扫描电镜对钎焊界面的元素分布及组织结构进行分析。

2 试验结果及分析

2.1 拉伸试验分析在“cmt5

3.5微机控制电子万能试验机”上拉伸实验，四组钎接试样均从搭接接头（焊缝）边缘并靠近接头处断裂，如图2，这说明焊接接头处所能承受的最大拉力大于母材，按照此拉力核算，搭接接头处抗剪强度应在200mpa以上，由此可知，钎焊焊件的接头处总体的力学性能要优于母材，焊件总的力学性能较好，焊接情况优良。

2.2 金相分析对钎焊试件外观检查发现其变形很小，装配较好，焊接情况良好。钎焊接头的金相试样经kroll 侵蚀剂

（2mlhf+5mlhno3+93mlh2o）进行侵蚀后，用xjp-2b型台式金相显微镜对钎焊接头进行金相观察，图3为钎焊焊缝100倍照片，从照片中可以看出，焊缝较均匀，没有出现污染变质等不良现象。

钎焊比较适合对钛合金进行焊接，就是由于钎料易于与钛合金基体合金化，但是这种合金化容易使焊缝变的硬而脆，使材料塑性和强度降低。但是由图4不难看出，基体为细小α+β双相等轴晶体，钎焊缝中心浅灰色的为共晶的钎料组织，钎焊缝两侧是钎料向母材扩散形成的扩散层，在与基体相临的部位由于析出了弥散相，故易受腐蚀而呈深色。