媒介

高温钛合金在航空发起机中得到了宽泛使用，，在制作盘、叶片、鼓筒、机匣等零部件的制作中包办钢或高温合金，，显著减轻了发起机的结构质量，，提高了压缩空气的级压比。高温钛合金Ti150(Ti-5.5Al-4.0Sn-3.5Zr-Nb)与英国的IMI834相当，，持久耐热温度已达到600℃,典型的高温钛合金还有俄罗斯的BT36等，，其中IMI834合金已在EJ200、TRENT800等发起机上得到了成功利用[1-4]。Ti150合金拥有较高的高温蠕变抗力、委顿强度和优良的危险容限个性，，因而在航空、航天以及其他重要工业领域受到亲昵关注和高度器重[1]。

TC19(Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo)是美国20世纪开发的一种富β的α+β两相钛合金，，是一种高强度、高韧性钛合金。由于TC19在Ti-6242的基础上提高了Mo的含量，，大大不变了β相，，使室和善高温拉伸机能得到了改善。但是在航空航天领域为了进一步优化零部件机能，，对异种资料衔接有了更多的需要。

钛合金用钎焊资料系统较多，，以硬钎焊用钎料为例，，有银基[5-6]、铝基[7]、钛基[8-9]和钯基[10]等。以前国内钛基钎料不成熟，，重要选取银基、铝基、钯基等钎料进行钛合金钎焊，，思考到钎焊接头的工作环境和接头强度等多方面成分，，银基、铝基和钯基等系统的钎焊资料均不能很好地满足使用要求。目前国内钛基钎料逐步成熟并且形成了多种商标，，钛基钎料的钎焊接头强度高，，耐热性、耐蚀性均较好，，合用于恶劣的工作环境。目前以B-Ti57CuZrNi、B-Ti38ZrCuNi利用最多[11-16],且有相应行业尺度,本文选用在航空系统利用较多的B-Ti57CuZrNi钛基钎料作为指标钎料,对高温钛合金Ti150与TC19进行衔接试验钻研。

本钻研针对Ti150高温钛合金与TC19钛合金的异种钛合金衔接，，选取真空钎焊工艺步骤进行衔接尝试，，通过扫描电镜及力学机能试验对接头组织及接头机能进行了测试分析，，该钻研了局能为Ti150高温钛合金与TC19钛合金衔接接头的利用提供肯定参考。

1、尝试资料及工艺步骤

1.1尝试资料

尝试用基体资料为经铸轧加工的Ti150高温钛合金、TC19钛合金棒坯,直径约为280mm,加工状态为轧制后热处置状态,其化学成分如表1、表2所示。

表1 Ti150合金化学成分

Table 1 Compositions of titanium alloy Ti150(wt.%)

表2 TC19合金化学成分

Table 2 Compositions of titanium alloy TC19(wt.%)

尝试用钛合金钎焊资料B-Ti57CuZrNi的状态为快淬的钛基非晶态合金箔带，，熔点为883~895℃，，厚度约为40μm,其钎料的化学成分名义成分为57Ti-21Cu-13Zr-9Ni。

1.2钎焊工艺

将待焊接头的钎焊理论经过研磨、洗濯，，去除理论氧化膜和油污，，用超声波洗濯步骤去除钎料箔带理论油污，，而后将钎料和试样按秩序装配好后入炉。

钎焊工艺参数为:真空度优于1x10-2Pa,930℃/35 min。对高温钛合金Ti150与TC19钛合金施焊，，获得无缺的钎焊焊接接头。按Q/6S977-2004中M2504-S020图样加工成尺度的对接拉伸机能测试试样，，如图1所示，，利用全能试验机E45.105进行钎焊接头室和善高温(500℃，，550℃)拉伸机能测试。

选取扫描电子显微镜(日立SU1510)SEM观察接头组织，，分析元素面散布，，并观察钎焊接头拉伸断口的描摹。

2、尝试了局与分析

2.1接头显微组织分析

采取B-Ti57CuZrNi钛基钎料真空钎焊Ti150高温钛合金与TC19钛合金的接头钎缝组织的背散射照片如图2所示。

由图2可知，，钎缝中心固然有部门残存钎料形成的铸造组织，，在钎料层与基体资料的界面上能够清澈地看到有较厚的扩散层存在，，钎料层显著变薄,且原始界面全数隐没,有肯定的反映层,注明此真空钎焊过程使钎料与基体资料形成了有效的冶金结合。锆与钛是最类似的元素，，有相近的熔点，，也有同素异晶景象，，对钛的同素异晶转变温度影响小,钛的α和β晶型与锆的相应晶型可能组成陆续的固溶体。铜、镍均属于钛合金β相不变元素，，可降低钛的同素异晶转变温度[18-19]。

钎料Ti-21Cu-13Zr-9Ni中铜、镍的总含量约为30%,固然钎焊温度(930℃)低于TC19钛合金的β相转变温度(约940℃),低于Ti150高温钛合金的β相转变温度(约1000℃),但由于钎猜中铜、镍的作用使近缝区的基体β相转变温度降低，，由图2的钎缝背散射组织能够看出，，焊接过程中基体上扩散层区域的相产生转变，，有片状a相天生并向钎缝中成长。；宓脑冀缑嬉丫趸，，钎缝整体宽度约为165μm,在基体上存在一个约40μm的扩散层，，扩散层的存在注明钎料与基体形成了有效的冶金结合。

2.2界面元素散布情况分析

真空钎焊Ti150高温钛合金与TC19钛合金钎缝界面各元素面扫描散布如图3所示，，扫描区域为450μmx320μm,覆盖整个钎焊缝，，能够看出，，Zr、Ni、Cu元素面散布整体呈中央高、两端略低的散布，，而Ti、Al、Sn、Nb元素面散布整体呈中央低、两端高散布，，基体资猜中的Ti、Al、Sn、Nb元素已经大量向钎缝中扩散;Ti、Sn元素散布较均匀，，Al元素在钎缝中的散布相对少一些，，可能与基体元素的作用及扩散速度有关;钎猜中主成分元素Zr、Ni、Cu和基体资料作用显著，，固然Zr与Ti是最类似的元素，，但由于Zr元素原子半径较大，，较难通过热活动而扩散，，因而在钎缝中仍存留较多的Zr;Ni和Cu元素在钎缝中的扩散散布比力相近;凭据Cu、Zr、Ni界面散布图,切合文件[20]中给出的Cu、Zr、Ni三个元素扩散法规。从焊缝总体来看扩散成效比力梦想。

2.3钎焊接头的拉伸机能

高温钛合金Ti150与TC19钛合金钎焊接头力学机能测试数据如表3所示。室温抗拉强度达到955.3MPa,接头断后伸长率、断面收缩率相对较低，，接头断于钎缝处;500℃抗拉强度为540.0 MPa，，550℃抗拉强度为505.7MPa,500℃、550℃测试接头断后伸长率(10.5%、9.8%)、断面收缩率(20.3%21.3%)相对都比力高，，高温测试的断后伸长率和断面收缩率相比室温均有显著提高，，这重要体现了高温下基体资料的塑性，，接头断于Ti150基体，，也就等同于试验用高温钛合金Ti150在930℃/35 min热循环后的基体机能。拉伸机能数据曲线如图4所示，，仅从抗拉强度看，，选取此工艺钎焊的高温钛合金Ti150与TC19钛合金接头拉伸强度数据比力不变。

表3 Ti150-TC19钎焊接头力学机能数据

Table 3 Tensile properties of Ti150-TC19 brazed joints

2.4接头断口分析

真空钎焊接头拉伸试样的断口宏观及微观描摹照片如图5所示。图5a是室温拉伸后断口的低倍描摹，，断口的裂纹源于上方出缺点的区域，，断口缺点处有放射状的痕迹;图5b是图5a中没出缺点处的高倍微观组织照片，，能够看出钎缝断裂界面有微观扯破的痕迹;图5c、5d、5e别离为室温、高温500℃、高温550℃钎焊接头拉伸试样宏观断裂照片，，室温钎焊接头断口比力平齐，，断后伸长率、断面收缩率都很小，，判定真空钎焊接头室温断裂特点为脆性断裂，，500℃、550℃钎焊接头断口均断于Ti150基体，，断后伸长率、断面收缩比力高，，体现了基体资料在热循环后的基体个性，，用B-Ti57CuZrNi钛基钎料，，通过真空度优于1x10-2Pa,930℃/35 min工艺钎焊高温钛合金Ti150与TC19钛合金,Ti150基体端显著有延长塑性变形，，均断于Ti150基体上或近Ti150端面上。

3、结论

(1)选取B-Ti57CuZrNi非晶合金箔带作为中央层合金,在真空前提930℃/35min下钎焊高温钛合Ti150与TC19异种钛合金是合理可行的，，钎焊接头室温抗拉强度955.3MPa,高温500℃抗拉强度达到540.0MPa,断后伸长率为10.5%,高温550℃抗拉强度达到505.7MPa,断后伸长率为9.8%。

(2)焊接接头室温拉伸断口断裂于焊缝，，为脆性断裂;焊接接头高温500℃、550℃拉伸断口均断于Ti150基体上或近Ti150端面上，，Ti150基体端有显著延长塑性变形。

参考文件:

[1]段锐，，蔡建民，，李臻熙.初生a相含量对近a钛合金TG6拉伸机能和热不变性的影响[J].航空资料学报，，2007,27(3):17-22.

DUAN Rui,CAI Jianmin,LI Zhenxi. Effect of Primary a Phase Volume Fraction on Tensile Property and Ther-mal Stability of Near-Alpha TG6 Titanium Alloy[J].Journal of Aeronautical Materials,2007,27(3):17-22.

[2]蔡建民，，李臻熙，，马济民，，等.航空发起机用600℃高温钛合金的钻研与发展[J].资料导报,2005，，19(1):50-53.

CAI Jianmin,LI Zhenxi,MA Jimin,et al.Research and Development of 600℃ High Temperature Titanium Al-loys for Aeroengine[J]. Materials Review,2005，，19(1):50-53.

[3]Chandler H. Heat Treater's guide, Practices and proce-dures for nonferrous alloy[M].ASM: The Materials In-formation Society,1996:511-513.

[4]中国航空资料手册编纂委员会.中国航空资料手册(第2版,第4卷)[M].北京:中国尺度出版社,2002.

[5] Heberard X, Hourcade M, Ferriere G, et al. Low tem-perature brazing(680℃)to Ti-6%Al-4%V titanium al-loy[J]. Titanium'80 Science and Technology, 1980:2415-2422.

[6]Kaarlela W T, Margolis W S. Development of the Ag-Al-Mn brazing filler metal for titanium[J]. Welding journal, 1974, 53: 629-636.

[7]Well R R. Low temperature large-area brazing of dam-age tolerant titanium structures[J]. Welding Journal,1975,54(10):348-356.

[8] Onzawa T, Suzumura A, Ko M W. Brazing of titanium using low-melting-point Ti-based filler metals[J].Welding Journal,1990,69(12):462-467.

[9] Pang S J, Sun L L, Xiong H P, et al. A multicompo-nent TiZr-based amorphous brazing filler metal for high-strength joining of titanium alloy[J]. Scripta Ma-terialia,2016,117:55-59.

[10]张秋平,张永寿.钛合金用钎焊资料的工艺发展示状[J].飞航导弹，，2005(7):56-64.

ZHANG Qiuping,ZHANG Yongshou. Development of brazing materials for titanium alloys[J]. Winged Mis-siles Journal,2005(7):56-64.

[11]李晓红，，熊华平，，张学军.先进航空资料焊接技术[M].北京:国防工业出版社2012.

[12]张启运，，庄鸿寿.钎焊手册[M].北京:机械工业出版社,1998.

[13]李万强.钛合金TC6与TC11高频感应钎焊工艺[J].电焊机,2017,47(05):77-81.

LI Wanqiang. Study on high frequency induction braz-ing of TC6 and TC11 titanium alloy[J]. Electric Weld-ing Machine,2017,47(05):77-81.

[14]Shapiro A, Rabinkin A. State of the art of titanium-based brazing filler metals[J]. Welding Journal,2003,82(10):36-43.

[15]Ren H S, Xiong H P, Chen B, et al. Vacuum brazing of Ti3Al-based alloy to TiAl using TiZrCuNi(Co) fill-ers[J]. Journal of Materials Processing Technology,2015,224:26-32.

[16]Ren H S, Xiong H P, Pang S J, et al. Microstructures and mechanical properties of transient liquid-phase diffusion-bonded Ti3Al/TiAl joints with TiZrCuNi inter-layer[J]. Metallurgical and Materials Transactions A,2016，，47:1668-1676.

[17]赵而团，，孔凡涛，，肖树龙，，等.IMI834高温钛合金熔模铸造充型机能[J].中国有色金属学报，，2010，，20:843-846.

ZHAN Ertuan,KONG Fantao,XIAO Shulong,et al.In-vestment casting mold filling capacity of high tempera-ture titanium alloy IMI834[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2010,20:833-846.

[18]郭万林,李天文,淮军锋,等.高温钛合金TG6钎焊工艺与接头组织分析[J].航空制作技术，，2007，，291:195-196.

GUO Wanlin,LI Tianwen,HUAI Junfeng,et al. Brazing Technology and Joint Microstructure Analysis of High Temperature Titanium Alloy TG6[J]. Aeronautical Manufacturing Gechnology,2007,291:195-196.

[19]E.A.鲍利索娃,钛合金金相学[M].陈石卿译,北京:

国防工业出版社,1986.

[20]郭万林，，李天文.钛合金钎缝中元素的扩散行为钻研[J].罕见金属，，2001(5):345-348.

GUO Wanlin,LI Tianwen. Study on Diffusion Behavior of Elements in Brazing Joint of Titanium Alloys[J]. Chi-nese Journal of Rare Metals,2001(5):345-348.

（注，，原文标题：：：Ti150与TC19异种钛合金钎焊工艺与接头机能钻研）