TC4合金中鈦的含量很高，鈦是活性很強(qiáng)的金屬材料，在高溫下容易與N2、H2、O2反應(yīng)，并同其它許多金屬反應(yīng)生成脆性金屬間化合物，在600℃氧與鈦發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，800℃氧化膜開始向鈦中溶解擴(kuò)散，氮與鈦在高溫下則形成脆硬的氮化鈦，對(duì)鈦的塑性影響較大，氫的存在則由于γ（TiH2）相析出，也同樣使其塑性、韌性降低。采用真空釬焊選擇合適的釬料，可以避免高溫情況下，氧、氮、氫各種氣體元素對(duì)TC4合金釬縫性能的影響，從而提高接頭的力學(xué)性能[1]。在鈦及鈦合金的焊接中，釬焊適于焊接受載不大或在常溫下工作的接頭，對(duì)于精密的、微型復(fù)雜的及多釬縫的焊件尤其適用。在一些鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)、薄壁精密結(jié)構(gòu)的制造工藝中，由于釬焊連接具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而愈來(lái)愈受到重視，對(duì)鈦合金用釬料的研究也逐漸成為釬焊領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。由此，了解TC4鈦合金真空釬焊接頭微觀組織結(jié)構(gòu)及元素分布情況是十分必要的。

1、試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)?zāi)覆牟捎煤穸葹?mm的TC4鈦合學(xué)成分見(jiàn)表1。

要得到組織和性能滿意的釬焊接頭，釬料必須能較好地潤(rùn)濕母材并能填滿接頭間隙。此外，釬料的焊接溫度必須低于TC4的相變溫度，否則將引起母材β晶粒長(zhǎng)大，從而影響材料的性能。試驗(yàn)用釬料采用 Ag基Ag-Cu系釬料Ag-Cu-Ti，其熔化溫度為779～820℃。

1.2 試驗(yàn)方法 目前的釬焊技術(shù)和釬料所形成的焊件的性能與其原始基體金屬的性能水平相差不多。鈦合金的本質(zhì)決定了其釬焊的主要溫度和時(shí)間局限性。總的來(lái)說(shuō)，使用焊料并在釬焊溫度低于β相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)可獲得優(yōu)良機(jī)械性能的鈦釬焊部件。

接頭形式：本試驗(yàn)所用的材料為1mm的TC4板材；搭接接頭。接頭形式見(jiàn)圖1。薄件為裝配方便，搭邊長(zhǎng)度L=（4～5）δ；δ——待焊工件厚度。由此得L=4δ=4mm。

接頭的裝配間隙大小是影響釬焊焊縫致密性和接頭強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。熔態(tài)釬料在釬縫中作直線流動(dòng)，釬縫的毛細(xì)能力起很大作用，毛細(xì)能力又與釬縫的類型和釬縫間隙的大小有關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，釬縫間隙小比間隙大的釬縫的直線流動(dòng)性更好，但也不是越小越好，釬縫間隙的最佳值在0.01～0.2mm之間，具體數(shù)值視母材的種類而定。在不影響釬料填充的前提下，釬焊間隙越小越好[6]。此次試驗(yàn)銀基釬料，鈦合金焊接裝配間隙取為0.05mm。

在釬焊溫度下，一方面要使釬料熔化，在毛細(xì)管作用下填滿接頭間隙，并與基體金屬進(jìn)行合金化作用；另一方面使基體材料完成熱處理程序中的某一步驟（固溶或淬火）。真空釬焊設(shè)備為“真空擴(kuò)散焊機(jī)-6”；其最高加熱溫度為1650℃，壓力為15ton，真空度為1×10-5torr，釬焊工藝參數(shù)如表2。

焊接完成后，對(duì)釬焊試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；并對(duì)接頭進(jìn)行顯微金相分析，同時(shí)用掃描電鏡對(duì)釬焊界面的元素分布及組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 拉伸試驗(yàn)分析 在“CMT53.5微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)”上拉伸實(shí)驗(yàn)，四組釬接試樣均從搭接接頭（焊縫）邊緣并靠近接頭處斷裂，如圖2，這說(shuō)明焊接接頭處所能承受的最大拉力大于母材，按照此拉力核算，搭接接頭處抗剪強(qiáng)度應(yīng)在200MPa以上，由此可知，釬焊焊件的接頭處總體的力學(xué)性能要優(yōu)于母材，焊件總的力學(xué)性能較好，焊接情況優(yōu)良。 　　

2.2 金相分析 對(duì)釬焊試件外觀檢查發(fā)現(xiàn)其變形很小，裝配較好，焊接情況良好。釬焊接頭的金相試樣經(jīng)Kroll 侵蝕劑（2mlHF+5mlHNO3+93mlH2O）進(jìn)行侵蝕后，用XJP-2B型臺(tái)式金相顯微鏡對(duì)釬焊接頭進(jìn)行金相觀察，圖3為釬焊焊縫100倍照片，從照片中可以看出，焊縫較均勻，沒(méi)有出現(xiàn)污染變質(zhì)等不良現(xiàn)象。

釬焊比較適合對(duì)鈦合金進(jìn)行焊接，就是由于釬料易于與鈦合金基體合金化，但是這種合金化容易使焊縫變的硬而脆，使材料塑性和強(qiáng)度降低。但是由圖4不難看出，基體為細(xì)小α+β雙相等軸晶體，釬焊縫中心淺灰色的為共晶的釬料組織，釬焊縫兩側(cè)是釬料向母材擴(kuò)散形成的擴(kuò)散層，在與基體相臨的部位由于析出了彌散相，故易受腐蝕而呈深色。

從圖中可以看出在釬焊焊縫處的釬料均以筍狀的方式生長(zhǎng)，較細(xì)小，這是由于有細(xì)小針狀Cu的固溶體析出；在焊縫中間處可能出現(xiàn)了Ag-Cu共晶；但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的金屬化合物，從而沒(méi)有因?yàn)槌霈F(xiàn)金屬化合物而使接頭處的塑性、韌性降低。

2.3 掃描電鏡分析 為了進(jìn)一步對(duì)真空釬焊接頭處的組織結(jié)構(gòu)及元素分布情況進(jìn)行研究，對(duì)真空釬焊接頭用“CamScan MX2600FE型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡”進(jìn)行掃描，并對(duì)部分區(qū)域及點(diǎn)進(jìn)行能譜分析。由圖5可知元素分布具有較強(qiáng)的規(guī)律，母材和釬縫之間元素進(jìn)行了擴(kuò)散；如圖6，筍狀區(qū)域即為釬料生長(zhǎng)擴(kuò)散區(qū)域；但由于焊接保溫時(shí)間較短（僅10min），釬料和母材之間的元素?cái)U(kuò)散不完全；結(jié)合圖5和圖6可以看出，在釬縫及釬料筍狀生長(zhǎng)擴(kuò)散區(qū)域處Ag、Cu的譜線均成鋸齒狀，且Ag的峰值對(duì)應(yīng)Cu的低谷，由此可知此區(qū)域形成了典型的Ag-Cu共晶組織，其灰黑色組織為Cu基固溶體，白色相為Ag基固溶體。圖7是在釬料生長(zhǎng)擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的筍狀釬料上所打的能譜，由（b）可以看出，Cu的衍射強(qiáng)度較高，在此區(qū)域中Cu形成的固溶體成細(xì)小的筍狀，因?yàn)樵谶@些元素中Ag的原子序數(shù)最高，所以這個(gè)區(qū)域中可能有Cu基固溶體中析出的富Ag相，這需經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)才能驗(yàn)證。

3、結(jié)論

①TC4合金板真空釬焊接頭處所能承受的最大拉力大于基體，搭接接頭處抗剪強(qiáng)度在200MPa以上，焊件接頭處總體的力學(xué)性能優(yōu)于母材，焊件總的力學(xué)性能較好。

②釬縫與基體相臨的部位析出了彌散相，易受腐蝕；在釬焊焊縫處有Cu的固溶體析出，均以筍狀的方式生長(zhǎng)并較細(xì)小，但沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的金屬化合物。

③焊接接頭中的主要元素Ti、Al、V、Ag、Cu呈規(guī)律性分布，釬縫及擴(kuò)散區(qū)域得到Ag基固溶體及以細(xì)小筍狀的方式生長(zhǎng)的Cu基固溶體，是為Ag-Cu共晶組織。

④釬料生長(zhǎng)擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的筍狀釬料上的Cu基固溶體中可能析出富Ag相，這需后續(xù)多次實(shí)驗(yàn)才能驗(yàn)證。

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