引言

钛合金由于比强度高、、耐侵蚀性好、、耐高温等利益，，，被宽泛利用于航空航天、、医疗和化工等领域。高温钛合金由于持久在高温环境下仍能维持较高的力学机能、、蠕变抗力和抗氧化能力，，，常用来出产航空发起机点火室左近的压气机部件，，，在航空航天领域中占据重要职位 [1-4]。

Ti65合金是在 Ti60 合金基础上研制的一种名义成分为 Ti-5.9Al-4.0Sn-3.5Zr-0.3Mo-0.4Si-0.3Nb-2.0Ta-1.0W-0.05C 的 10 组元近 α 型高温钛合金，，，设计使用温度为 600~650℃。Ti65 合金密度为4.59g/cm³，，，相变点为 1040±10℃[5]。相比于 Ti60，，，Ti65 合金新参与了 W 元素，，，提高了 Ta 含量，，，削减了 Mo 和 Nb 含量，，，有效改善了高温抗蠕变机能，，，同时仍维持较好的强度 - 塑性、、蠕变 - 悠久 - 热不变性匹配。

扩散衔接技术是指同种或异种金属、、非金属资料，，，在高温、、高压、、真空或；；て寤肪诚，，，衔接理论产生原子扩散的一种靠得住衔接技术 [6-7]。相比于传统焊接方式，，，扩散衔接技术有效预防了由于金属液溶解而导致的产品质量缺点，，，成形零件拥有无宏观变形、、衔接部位缺点少、、无残存应力等利益 [8]。随着航空航天领域轻量化的发展，，，钛合金扩散衔接技术得到了充分发展。以 TC4 合金为例，，，Lee 等 [9] 钻研了 Ti-6Al-4V 在衔接温度领域为 850~950℃、、压力为 3.0MPa、、功夫为 60~180min 时的扩散衔接工艺，，，并对 TC4 的高温氧化行为进行了钻研；；Tang 等 [10] 通过对比 850~950℃相变超塑性扩散衔接与 950℃恒温超塑性扩散衔接接头组织和机能发现：相变可提高原子扩散速度，，，改善衔接接头机能，，，抗剪强度更高，，，最高可达 612MPa；；Gao 等 [11] 钻研了温度、、功夫对 TC4 空心结构扩散衔接接头机能影响；；Cai 等 [12] 通过 MARC 对 TC4 合金三层板超塑成形和扩散结合过程进行仿照，，，与试验了局进行对比，，，成形制件界面厚度最大误差不超过 12.5%。目前，，，国内外对于Ti65板材扩散衔接的钻研较少，，，不明确最佳的扩散衔接工艺参数，，，本文通过对Ti65合金板材在分歧温度、、压力下的扩散衔接试验，，，钻研了工艺参数对Ti65钛合金板材扩散衔接焊合率和结合强度的影响，，，为Ti65合金在扩散衔接工程利用中提供凭据。

1、、试验资料与步骤

本试验选取的资料为Ti65合金板材，，，厚度为 2mm。原始Ti65钛合金板材沿 RD 方向的室温单向拉伸工程应力 - 应变曲线如图 1 所示，，，屈服强度达到了 1173.1MPa，，，抗拉强度为 1208.9MPa，，，延长率为 5.3%。

为通过剪切变形测试界面结合强度，，，设计了如图 2 (a) 所示的试片，，，长度 100mm，，，宽度 40mm，，，留有 1mm×20mm 缝隙（长度方向为 RD 方向，，，宽度方向为 TD 方向）。对线切割加工后的试片进行抛光、、除油和酸洗处置，，，去除理论杂质等影响扩散衔接成效的成分，，，如图 2 (b) 所示。

为钻研试验温度和压力对扩散衔接过程的影响，，，利用真空热压炉进行扩散衔接试验，，，将待衔接的两块金属板置于两块石墨厚板间，，，金属板高低重叠搁置，，，其中一块板以 TD 方向为轴旋转 180°，，，使得两块板上的缝错开，，，形成中央 2mm 宽的搭接区域，，，高低平台通过石墨板对板材施压，，，如图 3 所示。扩散试验前提为 920℃/2MPa、、940℃/2MPa、、940℃/1MPa、、940℃/4MPa 和 960℃/2MPa，，，真空度为5×10^-3Pa，，，保温保压功夫为 2h，，，扩散衔接试验后样品如图 2 (c) 所示。

对扩散衔接试验后的试样线切割取样，，，剪切试样尺寸为 80mm×10mm，，，搭接区域面积为20mm²；；拉伸试样标距为 24mm×6mm×2mm，，，取样方式如图 2 (d) 所示。选取蔡司显微镜观察金相组织，，，表征焊合成效；；选取 MTS 电子全能资料试验机进行剪切、、拉伸机能测试。

2、、试验了局与会商

2.1 扩散衔接工艺参数对焊合率的影响

焊合率是判断扩散衔接界面结合曲直的衡量尺度之一，，，焊合率越高，，，界面结合情况越好，，，焊合率的推算公式 [13] 如下：

式中：L为焊合率；；L0为焊接剖面焊缝长度；；L1为未焊合区域焊缝长度。

2.1.1 压力对焊合率的影响

当压力为 1MPa 时，，，界面结合处孔洞出现不陆续条状，，，焊缝区域的金相组织如图 4 (a) 所示，，，未焊接区域较多，，，焊合率仅为 69%；；图 4 (b) 所示为 940℃下压力为 2MPa、、保温 2h 的界面结合描摹，，，结合区域已转化为晶界，，，但仍存在少量未结合界面，，，孔洞高度减小，，，焊合率为 82%；；一样温度和保温功夫下，，，当压力增长至 4MPa 时，，，焊合率提高至 88%，，，孔洞数量、、尺寸和长宽比均削减，，，焊缝区域的金相组织如图 4 (c) 所示，，，仍能观察到一些未焊合区。这注明压力是影响扩散衔接的重要参数之一，，，随着压力的提高，，，焊合率增长，，，焊接成效提升，，，但焊合率增长的速度减缓，，，逐步靠近 100%，，，如图 4 (d) 所示。

2.1.2 温度对焊合率的影响

图 5 (a) 所示，，，当衔接温度为 920℃时，，，结合区域可观察到显著且陆续的大尺寸孔洞，，，只有少部门区域齐全接触，，，焊合成效较差，，，焊合率仅为 59%；；960℃扩散焊接的金相组织如图 5 (b) 所示，，，未焊合区域根基隐没，，，焊合率达 99%；；焊合率随温度的提高而增长，，，如图 5 (c) 所示。

2.2 扩散衔接工艺参数对 RD 方向力学机能的影响

扩散衔接过程中，，，板材在高温环境中保温 2h 左右，，，微观组织将产生扭转（如晶粒长大、、相变等），，，进而对力学机能产生影响。

2.2.1 压力对 RD 方向抗拉强度的影响

图 6 (a) 所示为 940℃下分歧压力参数下Ti65板材扩散衔接后的 RD 方向力学机能：当压力为 1MPa、、2MPa 和 4MPa 时，，，抗拉强度别离为 984MPa、、974MPa 和 959MPa。经过 940℃保温 2h 后，，，Ti65 板材的室温抗拉强度较原始板材（1208.9MPa）别离降低 18.6%、、19.4% 和 20.7%，，，且随着压力的提高，，，降幅略有增长。

2.2.2 温度对 RD 方向抗拉强度的影响

在压力为 2MPa 时，，，资料经 920℃、、940℃和 960℃保温 2h 后，，，RD 方向室温抗拉强度别离为 981MPa、、974MPa 和 970MPa，，，如图 6 (b) 所示？杉，，，随着扩散衔接温度的提高，，，Ti65 板材 RD 方向的室温抗拉强度逐步降低，，，较原始板材别离降低 18.9%、、19.4%、、19.8%。

抗拉强度从原始资料的 1208.9MPa 降落至 970MPa 左右，，，重要原因是高温保温后Ti65板材的组织变动：α 相晶粒尺寸随加热温度提高而增大，，，由 920℃的 8μm 增长到 960℃的 12μm，，，同时原始板材轧制过程中堆集的大量位错，，，在高温热处置时产生回复再结晶，，，位错密度大大降低 [17]。

2.3 扩散衔接工艺参数对剪切强度的影响

2.3.1 压力对剪切强度的影响

分歧压力前提下，，，扩散衔接件的焊缝室温剪切强度如图 7 (a) 所示：940℃下，，，压力为 1MPa 时，，，剪切强度为 226.8MPa；；当压力增长至 2MPa 时，，，剪切强度大幅提高至 335.3MPa；；压力进一步增长（4MPa）时，，，剪切强度险些不产生扭转（335.5MPa），，，达到饱和状态。

2.3.2 温度对剪切强度的影响

当扩散衔接压力为 2MPa 时，，，随着扩散温度的提高，，，室温剪切强度逐步增长，，，如图 7 (b) 所示：920℃扩散衔接后，，，由于存在较多未结合区域，，，焊接质量较差，，，室温剪切强度仅为 157.5MPa；；960℃扩散衔接后，，，室温剪切强度提升至 349MPa。

室温下Ti65扩散衔接焊缝的剪切强度重要取决于焊合率和 α 相晶粒尺寸：随着压力增长、、温度提高，，，焊合率增长（增大焊缝承载剪切的有效面积，，，提高抗剪能力），，，但 α 相晶粒尺寸增大（降低资料自身强度），，，最终焊合率的影响占比更大，，，使得剪切强度整体呈上升趋向。

2.4 扩散衔接机制会商

扩散衔接过程分为 3 个阶段 [6]：1）物理接触阶段；；2）扩散、、界面推移阶段；；3）界面和孔洞隐没阶段。由于待焊接试件理论存在粗糙度，，，扩散衔接初期，，，焊接理论无法齐全接触，，，形成孔洞 [15]；；施加压力后，，，接触区域接受的压力大于Ti65合金的塑性变形抗力，，，产生塑性变形，，，接触面积扩大；；随着衔接进行，，，接触区域原子高度激活，，，相互扩散并形成金属键，，，大部门孔洞隐没，，，界面产生推移；；持续扩散后，，，界面庞洞通过体积扩散、、晶界扩散等机制愈合（图 8），，，未结合区域削减，，，结合区域组织趋于均匀。

温度对扩散衔接的影响重要体此刻：提高资料塑性变形能力和原子扩散系数，，，加快孔洞愈合；；同时加快晶粒长大和母材软化。压力的影响蕴含：推进初期凸起区域塑性变形、、加快界面原子激活与孔洞愈合、、粉碎理论氧化物以利于原子扩散、、预防扩散孔洞产生 [14]。

3、、结论

Ti65板材扩散衔接的焊合率随扩散衔接温度和压力增大而增长：当工艺参数为 960℃、、2MPa、、保温 2h 时，，，焊合率达到 99%，，，未焊合区域根基隐没。

高温保温后，，，Ti65 板材 RD 方向室温抗拉强度显著降低，，，重要因 α 相晶粒尺寸增长（920℃时 8μm→960℃时 12μm）和回复再结晶（位错密度降低），，，且随衔接压力和温度提高，，，室温抗拉强度逐步降落（较原始板材降幅 18.6%~19.8%）。

随衔接压力和温度提高，，，Ti65 扩散衔接件的室温剪切强度逐步增长且增幅降低：960℃、、2MPa、、保温 2h 时，，，剪切强度达到 349MPa，，，焊合率提升对剪切强度的贡献大于晶粒长大的负面影响。

参考文件

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（注，，，原文标题：工艺参数对高温钛合金Ti65扩散衔接机能的影响）