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GH99高温合金TLP连接工艺与组织性能研究

作　者: 韩冷
导　师: 何鹏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高温合金 瞬时液相连接技术 微观组织 力学性能
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


针对GH99镍基高温合金在航空航天领域的应用,本文使用液相扩散连接技术(TLP)分别以BNi2高温钎料和三种自制钎料作为中间层金属对GH99镍基高温合金进行焊接试验。系统的研究了工艺参数对接头显微组织和力学性能的影响,并在实验的基础上对接头形成的扩散凝固机理进行了探讨。采用BNi2钎料进行实验时发现,提高焊接温度和等温时间有利于减少焊缝沉淀区化合物的析出,尤其是等温时间对于得到组织和成分都相对均匀的接头具有最重要的意义,在1170℃时等温24 h后所得到的接头,组织和成分同母材基本相同,但此时的焊接热循环使得母材的抗拉强度下降很大。通过对试验接头的常温剪切测试和900℃高温剪切测试发现,焊接参数,尤其是等温时间,对接头高温强度的影响大于对常温强度的影响。采用另外三种钎料：Ni-15Cr-5Si-3B、Ni-15Cr-5Si-5B、Ni-15Cr-9Si进行TLP连接实验时发现,B元素作为降熔组元,其含量的多少直接影响着接头化合物的形成数量,而Si元素由于在母材中的固溶度较高,焊接过程中不易析出化合物,但相对于B元素,Si元素在母材中的扩散速度要慢,其均匀化所需要的时间更长,而Si的含量过高时,容易在等温凝固过程中产生区域偏析,从而在焊缝中心残留呈带状分布的硅化物。通过对TLP连接过程数学模型的研究和计算,当采用厚度为50μm的BNi2作为中间层在1170℃温度下对GH99进行TLP连接时,所需要的等温凝固时间约为30min,远小于试验过程中得到均匀化接头所需要的时间,可见TLP连接过程中所需要的长时间等温主要集中在液相凝固之后的均匀化阶段。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-16
  1.1 课题目的和意义  8
  1.2 镍基高温合金的分类及特点  8-9
  1.3 TLP连接特点与影响因素  9-11
    1.3.1 连接特点  9-10
    1.3.2 影响因素  10-11
  1.4 镍基高温合金连接研究现状  11-15
    1.4.1 高温合金的高能束焊接  11
    1.4.2 高温合金的气体保护焊  11
    1.4.3 高温合金的钎焊  11-12
    1.4.4 高温合金的电子束钎焊  12
    1.4.5 高温合金的固相扩散焊  12
    1.4.6 高温合金的TLP连接  12-15
  1.5 本课题的主要研究内容  15-16
第2章 试验材料及方法  16-20
  2.1 试验材料  16
  2.2 试验过程  16-18
    2.2.1 试验设备  16-17
    2.2.2 试件表面处理与钎料制备  17
    2.2.3 焊接实验  17-18
  2.3 焊接接头的性能测试  18-19
  2.4 焊接接头显微组织观察和相组成分析  19-20
    2.4.1 金相显微组织观察  19
    2.4.2 断口形貌SEM观察、能谱分析  19-20
第3章 BNi2钎料TLP连接GH99  20-36
  3.1 前言  20
  3.2 焊接温度对接头组织形貌的影响  20-23
  3.3 保温时间对组织形貌的影响  23-27
  3.4 焊接参数对接头力学性能的影响  27-29
  3.5 断口形貌分析  29-30
  3.6 组织成分分析  30-35
  3.7 本章小结  35-36
第4章 自制Ni-Cr-Si-B中间层TLP连接GH99  36-51
  4.1 前言  36
  4.2 Ni-15Cr-5Si-3B中间层  36-43
    4.2.1 焊接参数对接头组织形貌的影响  36-40
    4.2.2 焊接参数对接头力学性能的影响  40-41
    4.2.3 断口组织形貌分析  41-43
  4.3 Ni-15Cr-5Si-5B中间层  43-46
  4.4 Ni-15Cr-9Si中间层  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 GH99的TLP扩散凝固机理探索  51-58
  5.1 前言  51
  5.2 中间层液相的生成  51-52
  5.3 中间层液相的扩展  52-54
  5.4 等温凝固与均匀化  54-56
  5.5 本章小结  56-58
结论  58-59
参考文献  59-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 加压焊 > 其他加压焊
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