高文靜+雷君相

摘要： 擴(kuò)散連接技術(shù)是一種缺陷少、精密度高的固相連接技術(shù).擴(kuò)散連接技術(shù)在鈦合金加工中的應(yīng)用一定程度上解決了鈦合金加工難的問(wèn)題.在簡(jiǎn)要介紹擴(kuò)散連接技術(shù)及鈦合金加工現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，綜述了擴(kuò)散連接技術(shù)在鈦合金加工中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，包括鈦合金與不銹鋼的擴(kuò)散連接、鈦合金與陶瓷材料的擴(kuò)散連接、TC4（Ti6Al4V）鈦合金的擴(kuò)散連接與超塑成型/擴(kuò)散連接（SPF/DB）以及TA15鈦合金的擴(kuò)散連接.歸納總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果，對(duì)影響擴(kuò)散連接質(zhì)量的3個(gè)主要因素溫度、壓力和時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比分析，為最佳工藝參數(shù)的選擇提供了參考，指出了目前需要解決的問(wèn)題和發(fā)展方向.

關(guān)鍵詞： 擴(kuò)散連接； 鈦合金； TC4； SPF/DB

中圖分類(lèi)號(hào)： TG 456 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

近年來(lái)隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展、新材料的出現(xiàn)，為了解決同種或異種材料間的連接問(wèn)題，擴(kuò)散連接技術(shù)因其獨(dú)特的固相連接優(yōu)勢(shì)引起了人們的重視，成為了材料連接領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn).目前世界上有很多先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家都對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究和應(yīng)用.擴(kuò)散連接技術(shù)可用于生產(chǎn)制造新器件，能滿(mǎn)足航空航天、電氣設(shè)備、機(jī)械工業(yè)和核工業(yè)研究等裝置中關(guān)鍵零部件特殊的連接要求[1-2]，在工業(yè)制造中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用.作為世界“第三金屬”的鈦及鈦合金因其優(yōu)異的性能在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用.但由于鈦合金材料具有傳熱系數(shù)小、比熱低、化學(xué)性質(zhì)活潑等特點(diǎn)，其機(jī)械加工的難度較大，是目前較難加工的材料之一.機(jī)械加工困難一定程度上成為鈦合金應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸，所以解決鈦合金加工問(wèn)題的新技術(shù)新方法也成為了人們的研究熱點(diǎn)[3].本文綜述了擴(kuò)散連接技術(shù)在鈦合金加工中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，包括鈦合金與不銹鋼、陶瓷材料的擴(kuò)散連接，常用TC4鈦合金和TA15鈦合金的擴(kuò)散連接，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果，對(duì)影響擴(kuò)散連接質(zhì)量的3個(gè)主要因素溫度、壓力、時(shí)間進(jìn)行了對(duì)比分析，為最佳工藝參數(shù)的選擇提供了參考，最后指出了目前需要解決的問(wèn)題和發(fā)展方向.

1 擴(kuò)散連接技術(shù)的原理及特點(diǎn)

1.1 擴(kuò)散連接的原理

擴(kuò)散連接指的是互相接觸的材料表面，在高溫、壓力和真空或保護(hù)氣氛的作用下，相互靠近從而發(fā)生局部塑性變形，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后結(jié)合層的原子相互擴(kuò)散，最終形成整體可靠連接的過(guò)程.與普通焊接方式不同的是，擴(kuò)散連接并不發(fā)生熔化和宏觀塑性變形，這也是它的優(yōu)勢(shì)所在.沒(méi)有金屬液的熔化，直接通過(guò)固相原子相互擴(kuò)散達(dá)到連接的目的，避免了普通焊接中因金屬熔化而產(chǎn)生的缺陷.從可連接性的角度看，擴(kuò)散連接可以實(shí)現(xiàn)各種材料、各種特殊結(jié)構(gòu)的可靠連接[4-5].

擴(kuò)散連接過(guò)程通常分為三個(gè)階段[2]：第一階段為物理接觸階段.擴(kuò)散連接時(shí)，經(jīng)過(guò)處理的表面仍然呈現(xiàn)微觀的凹凸不平，材料之間的接觸主要以點(diǎn)接觸為主，高溫下對(duì)其施加壓力，部分接觸的點(diǎn)最先產(chǎn)生塑性變形，經(jīng)過(guò)持續(xù)的壓力作用，接觸面積逐漸增大，形成緊密接觸，得到滿(mǎn)足要求的擴(kuò)散連接接頭.第二階段為擴(kuò)散及界面推移階段.在此階段緊密接觸的界面原子進(jìn)行擴(kuò)散遷移，此時(shí)擴(kuò)散連接接頭處連接方式主要為金屬鍵，經(jīng)過(guò)一定的保溫時(shí)間后，擴(kuò)散的結(jié)合層達(dá)到一定深度，金屬鍵連接變成牢固的冶金連接.第三階段為界面和孔洞消失階段，主要的形式為體積擴(kuò)散.通過(guò)繼續(xù)擴(kuò)散作用，界面孔洞逐漸消失，接頭組織成分趨于均勻，原始界面消失，該過(guò)程速度較緩慢，通常需要幾十分鐘到幾十小時(shí)不等.

擴(kuò)散連接過(guò)程示意圖如圖1所示.

1.2 擴(kuò)散連接的特點(diǎn)

擴(kuò)散連接技術(shù)的主要特點(diǎn)如下[2]：

（1） 擴(kuò)散連接適合進(jìn)行內(nèi)部連接和多點(diǎn)、大面積構(gòu)件的連接，以及電弧可達(dá)性較差，用傳統(tǒng)焊接方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的連接.

（2） 擴(kuò)散連接可以進(jìn)行耐熱材料、陶瓷材料、磁性材料及活潑金屬的連接.尤其適合于不同種類(lèi)的金屬材料與非金屬異種材料的連接.異種材料的擴(kuò)散連接研究占到整個(gè)擴(kuò)散連接技術(shù)研究的70%.

（3） 擴(kuò)散連接技術(shù)對(duì)裝配等條件要求嚴(yán)格，使它成為了一種高精密的連接方式.擴(kuò)散連接后，工件的殘余應(yīng)力小，基本不產(chǎn)生變形，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工后的精密裝配連接.

2 鈦合金加工

2.1 鈦合金的應(yīng)用及發(fā)展

鈦合金因其具有優(yōu)越的綜合性能，成為了一種理想的結(jié)構(gòu)材料.鈦合金具有兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)[6]：一是其密度小而強(qiáng)度高，且有較好的高溫性能，能在600 ℃高溫下工作而表現(xiàn)突出；二是其具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，可以在酸性介質(zhì)中工作，抗腐蝕性能優(yōu)于不銹鋼.由于性能優(yōu)越，鈦合金在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用.在航空航天領(lǐng)域，鈦合金是不可缺少的“太空金屬”，在飛機(jī)機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭部件的制造中起到了重要的作用.在其他領(lǐng)域，鈦合金的用量也在逐年上升，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，在船舶、汽車(chē)、醫(yī)療、能源和化工等領(lǐng)域體現(xiàn)尤為明顯.在船舶工業(yè)中，鈦合金優(yōu)異的抗腐蝕性能及比強(qiáng)度高、無(wú)磁的特點(diǎn)，使其非常適合海洋環(huán)境，已成功應(yīng)用到船舶的重要部件上，比如船殼體、螺旋槳和閥體等.在汽車(chē)工業(yè)中，鈦合金的優(yōu)良性能為汽車(chē)的節(jié)能減排作出了很大貢獻(xiàn)[7].

2.2 鈦合金的加工現(xiàn)狀

鈦合金常用的機(jī)械加工方式有磨削、銑削、切削和鍛造等，但鈦合金的低加工效率、高加工成本等問(wèn)題一直是限制其發(fā)展的瓶頸[8-9].鈦合金目前仍被認(rèn)為是難加工材料之一，造成其難加工的原因主要為[10-12]：（1） 鈦合金的傳熱系數(shù)較小，機(jī)械加工時(shí)切屑接觸區(qū)域產(chǎn)生的高溫難以及時(shí)排除，而鈦合金較小的傳熱系數(shù)加劇了高溫的形成，使得加工熱過(guò)大；（2） 鈦合金的比強(qiáng)度較高，加工溫度較高時(shí)，刀具磨損嚴(yán)重；（3） 鈦合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，機(jī)械加工時(shí)易與刀具產(chǎn)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生加工硬化等問(wèn)題；（4） 鈦合金的彈性模量小，機(jī)械加工過(guò)程中不穩(wěn)定，容易磨損刀具.雖然鈦合金難以機(jī)械加工，但是其在工業(yè)制造領(lǐng)域尤其是飛機(jī)制造行業(yè)中仍然不可或缺.所以尋求方法降低鈦合金的加工難度、提高加工效率和材料利用率以及降低加工制造成本成為人們研究的熱點(diǎn).endprint

擴(kuò)散連接技術(shù)在鈦合金加工中的應(yīng)用研究體現(xiàn)在鈦合金本身及與其他材料的連接、鈦合金零件的批量生產(chǎn)、飛行器結(jié)構(gòu)件輕量化等方面，同時(shí)利用擴(kuò)散連接與超塑成形技術(shù)的組合進(jìn)行加熱壓力加工，克服了傳統(tǒng)加工工藝的缺點(diǎn)，材料的利用率達(dá)到90%以上[13].研究表明，擴(kuò)散連接技術(shù)可以很好地應(yīng)用在鈦合金的加工中，一定程度上為其加工難問(wèn)題提供了解決途徑，值得進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和完善.

3 擴(kuò)散連接在鈦合金加工中的應(yīng)用

3.1 鈦合金與不銹鋼的擴(kuò)散連接

通過(guò)擴(kuò)散連接技術(shù)將鈦合金與不銹鋼結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢(shì)，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，同時(shí)能滿(mǎn)足產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)與性能的要求，在市場(chǎng)上擁有廣闊的應(yīng)用前景.周榮林等[14]研究了鈦合金與不銹鋼網(wǎng)的擴(kuò)散連接，對(duì)TC4鈦合金和00Crl8Ni10不銹鋼采用直接擴(kuò)散工藝.研究表明該工藝下的最佳工藝參數(shù)為連接溫度880 ℃，連接壓力10 MPa，連接時(shí)間0.5 h，接頭強(qiáng)度74 MPa，接頭界面近區(qū)變形率<1%.秦斌等[15-16]用相變超塑性擴(kuò)散連接法實(shí)現(xiàn)了TA17鈦合金與0Cr18Ni9Ti不銹鋼之間的連接.試驗(yàn)得到鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散連接的最優(yōu)工藝參數(shù)是循環(huán)上限溫度890 ℃，循環(huán)下限溫度800 ℃，循環(huán)10次，循環(huán)加熱速度為30 ℃/s，擴(kuò)散連接壓力5 MPa，時(shí)間僅為160 s，接頭強(qiáng)度可達(dá)307 MPa.其相變超塑性擴(kuò)散連接工藝過(guò)程如圖2所示.李小強(qiáng)等[17]用PtNi合金作中間層進(jìn)行了TC4鈦合金和00Crl8Ni10不銹鋼的擴(kuò)散連接試驗(yàn)，得到了強(qiáng)度為146 MPa的連接接頭，比直接連接的強(qiáng)度提高近1倍.擴(kuò)散連接的最佳工藝參數(shù)為連接溫度850 ℃，連接壓力10 MPa，連接時(shí)間10～15 min，中間層厚度30 μm.Balasubramanian等[18-20]對(duì)TC4鈦合金和304不銹鋼以Ag為中間層的擴(kuò)散連接進(jìn)行了研究，在750～800 ℃時(shí)成功進(jìn)行了連接，在5 MPa，1.5 h條件下連接接頭獲得了最大搭接剪切強(qiáng)度.

3.2 鈦合金與陶瓷的擴(kuò)散連接

陶瓷材料性能優(yōu)良但本質(zhì)較脆，加工性差，復(fù)雜結(jié)構(gòu)中往往需要和金屬材料連接使用才能滿(mǎn)足要求，比如綜合性能較高的鈦合金.擴(kuò)散連接技術(shù)非常適合異種材料間的連接，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鈦合金與陶瓷材料間的擴(kuò)散連接也進(jìn)行了很多研究.Wickman等[21]對(duì)TC4鈦合金/TiAl基復(fù)合材料/A12O3陶瓷三層結(jié)構(gòu)真空擴(kuò)散連接進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，三層結(jié)構(gòu)均獲得了較好的連接效果，較好的工藝參數(shù)分別為，時(shí)間/溫度：1 573 K/360 ks，1 523 K/360 ks和1 473 K/360 ks.王義峰等[22]對(duì)置氫TC4鈦合金與A12O3陶瓷的擴(kuò)散連接進(jìn)行了研究，試驗(yàn)得到的接頭抗剪強(qiáng)度最大為128 MPa，表明置氫有助于提高TC4鈦合金接頭性能，改善擴(kuò)散連接質(zhì)量.試驗(yàn)的最優(yōu)工藝參數(shù)為連接溫度840 ℃，保溫時(shí)間90 min，連接壓力3 MPa，氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%.對(duì)擴(kuò)散連接接頭壓剪斷口進(jìn)行XRD分析可知，接頭界面處主要為T(mén)i3Al2和AlTiO5相，圖3為斷口的XRD分析結(jié)果.

3.3 TC4鈦合金的擴(kuò)散連接

3.3.1 TC4鈦合金擴(kuò)散連接技術(shù)研究進(jìn)展

TC4鈦合金是目前使用最廣泛的鈦合金，其用量約占鈦合金整體用量的一半.TC4鈦合金綜合性能強(qiáng)，其強(qiáng)度、塑性、韌性、耐高溫性、焊接性、抗腐蝕性和生物相容性等均較好，被稱(chēng)為鈦合金工業(yè)中的“王牌合金”，其他許多鈦合金都可以看作是它的改型[23].

擴(kuò)散連接技術(shù)在TC4鈦合金中的應(yīng)用研究廣泛，主要是影響因素的研究.影響擴(kuò)散連接質(zhì)量的因素有很多，連接溫度、連接壓力、保溫時(shí)間、接頭表面狀態(tài)、保護(hù)氣體及中間層的選取等，其中重要的因素是連接溫度、壓力和保溫時(shí)間.這些主要的因素相互影響相互制約，連接參數(shù)的選擇就是控制這些因素，最終得到綜合性能良好的擴(kuò)散連接接頭[2].

林兆榮等[24]經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，提出了進(jìn)行TC4鈦合金擴(kuò)散連接的大致工藝參數(shù)范圍為：宜選連接溫度 900～950 ℃，連接壓力1～5 MPa，保溫時(shí)間30～180 min.周克印等[25]對(duì)TC4鈦合金擴(kuò)散連接后的疲勞斷裂特性進(jìn)行了研究，由疲勞斷裂試件的斷口形貌分析發(fā)現(xiàn)，裂紋擴(kuò)展為穿晶斷裂.通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)表明，當(dāng)溫度與壓力選擇合適時(shí)，擴(kuò)散連接處界面上的金相組織變成了針狀魏氏體.此時(shí)晶粒尺寸變大，使得在疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程中阻止缺陷擴(kuò)展的能力增強(qiáng)，提高了其抗疲勞斷裂的性能.試驗(yàn)所用的TC4鈦合金板材最佳工藝參數(shù)為連接壓力為2.94 MPa，溫度為960 ℃，保溫時(shí)間2 h，擴(kuò)散連接對(duì)延緩疲勞裂紋擴(kuò)展起到一定作用，使其抗疲勞斷裂性能有所改善.

施曉琦[26]對(duì)TC4鈦合金單層板加強(qiáng)結(jié)構(gòu) SPF/DB工藝進(jìn)行了研究，得到最優(yōu)擴(kuò)散連接工藝參數(shù)為：連接溫度920 ℃，加載壓力3.0 MPa，保溫時(shí)間1.5 h.崔元杰[27]制作了超塑成形/擴(kuò)散連接三層板結(jié)構(gòu)件，采用溫度 900 ℃，壓力2.5 MPa，時(shí)間1 h的擴(kuò)散連接工藝參數(shù)，焊合率最大達(dá)到99.5%.韓文波等[28]采用氣壓成形方法進(jìn)行了超塑成形/擴(kuò)散連接四層板結(jié)構(gòu)件的研究，其中擴(kuò)散連接工藝參數(shù)為：連接溫度 930 ℃，保溫時(shí)間0.5 h，連接壓力10 MPa.

Ma等[29]對(duì)飛行器口蓋擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行了研究，口蓋材料采用TC4鈦合金.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擴(kuò)散連接溫度為910 ℃，壓力為1.5 MPa，保溫時(shí)間為1 h時(shí)，擴(kuò)散連接的質(zhì)量最好.采用S314005對(duì)擴(kuò)散連接后毛坯進(jìn)行超聲檢測(cè)，焊合區(qū)域不小于90%，單個(gè)焊合面積不大于50 mm2，相鄰兩個(gè)未焊合缺陷區(qū)域的間距不小于其中較大缺陷軸長(zhǎng)度.擴(kuò)散連接后材料的顯微組織為等軸相+晶間β相，等軸晶粒度級(jí)別指數(shù)大于9級(jí)，較原始組織沒(méi)有發(fā)生太大變化.

張蕾等[30-31]對(duì)置氫TC4鈦合金的擴(kuò)散連接進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：擴(kuò)散連接界面孔洞彌合率因氫元素的加入而顯著提高.置氫TC4鈦合金擴(kuò)散連接最優(yōu)工藝參數(shù)為：連接溫度775 ℃，連接壓力4 MPa，保溫時(shí)間為1 h，置氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，對(duì)接頭進(jìn)行室溫拉伸強(qiáng)度測(cè)試，拉伸強(qiáng)度達(dá)1 017 MPa，接近母材強(qiáng)度，接頭有良好的塑性，斷口兼具韌窩及撕裂棱形貌特征.圖4為拉伸試樣斷口宏觀與微觀形貌.endprint

王國(guó)峰等[32-33]在封邊焊后成形溫度920 ℃，成形時(shí)間t=2 h，成形壓力2 MPa的條件下進(jìn)行TC4鈦合金中空葉片擴(kuò)散連接超塑成形技術(shù)的研究.成形后對(duì)擴(kuò)散連接接頭厚度進(jìn)行測(cè)量，擴(kuò)散連接接頭附近的厚度較小，其他區(qū)域厚度分布均勻，成形質(zhì)量較好.圖5是在不同的保溫時(shí)間下擴(kuò)散連接接頭的顯微圖.由圖5可知，在保溫時(shí)間較短的時(shí)候，形成的孔洞是比較連續(xù)的大孔洞；保溫時(shí)間稍微長(zhǎng)一些，形成的孔洞是零散孔洞；保溫時(shí)間2 h時(shí)，孔洞基本消失.

吳心晨[34]對(duì)渦輪用寬弦空心風(fēng)扇葉片的擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明當(dāng)TC4鈦合金擴(kuò)散連接的面積較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)擴(kuò)散連接時(shí)間，同時(shí)控制加載壓力以免零件發(fā)生變形.試驗(yàn)得出最優(yōu)工藝參數(shù)為擴(kuò)散連接溫度930 ℃，單位面積壓力2.5 MPa，保溫時(shí)間1 h，采用自動(dòng)控制位移加載，經(jīng)超聲檢測(cè)及金相分析，接頭質(zhì)量良好.

賀小帆等[35]對(duì)含中心孔結(jié)構(gòu)的鈦合金層板的擴(kuò)散連接裂紋擴(kuò)展特性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種試件，分別為含6 mm中心孔的8 mm厚單層板材、含6 mm中心孔的三層板和含12 mm中心孔的止焊三層板（厚度分別是3，2和3 mm），通過(guò)疲勞對(duì)比試驗(yàn)得出：總厚度8 mm的鈦合金三層板的裂紋擴(kuò)展性能不弱于厚度8 mm的單層板；而由于止焊區(qū)的存在，含12 mm中心孔的止焊三層板的裂紋擴(kuò)展特性得到了明顯改善，研究得到沿孔徑方向的裂紋長(zhǎng)度表征的裂紋擴(kuò)展規(guī)律大致可描述為da/dN=Qab.

3.3.2 TC4鈦合金的超塑成形/擴(kuò)散連接（SPF/DB）

TC4鈦合金不僅具有良好的擴(kuò)散連接性能，在高溫下同時(shí)能獲得極高的伸長(zhǎng)率，擁有超塑性能，因此超塑成形技術(shù)也常用于鈦合金加工.TC4鈦合金超塑成形工藝的最佳溫度在920 ℃左右，而擴(kuò)散連接的合適溫度在 870～1 280 ℃，這兩種成形技術(shù)所需的條件（溫度、材料組織等）正好相互吻合，因此將其結(jié)合起來(lái)放到一起進(jìn)行，構(gòu)成了SPF/DB工藝 [36].其成形的結(jié)構(gòu)件整體性強(qiáng)，擴(kuò)散連接技術(shù)的使用代替了鉚接等機(jī)械連接方式，不僅減少了裝配的工作量，而且實(shí)現(xiàn)了輕量化，圖6為3種典型的SPF/DB結(jié)構(gòu).

SPF/DB工藝在鈦合金加工中的應(yīng)用，不僅為鈦合金的加工提供了一種有效的途徑，而且提高了材料利用率，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的整體化，達(dá)到了輕量化的目的.SPF/DB工藝常用來(lái)制作航空航天領(lǐng)域所使用的薄壁結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)壁板、舵體、翼梁、渦輪葉片等，并逐漸應(yīng)用在建筑、車(chē)輛制造等領(lǐng)域，具有很好的發(fā)展前景[37].

Han等[38]對(duì)TC4鈦合金氣脹SPF/DB技術(shù)制造蜂窩狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對(duì)SPF/DB的溫度、壓力、時(shí)間參數(shù)對(duì)接頭剪切強(qiáng)度和成形件的厚度均勻性的影響進(jìn)行了對(duì)比，確定了SPF/DB的最優(yōu)工藝參數(shù).研究發(fā)現(xiàn)，室溫下變形時(shí)，材料的斷裂處為基體而非接口處，證明了SPF/DB工藝可以用于制造蜂窩狀空心結(jié)構(gòu).王榮華[39]研究了翼類(lèi)鈦合金SPF/DB的關(guān)鍵工藝，分析試驗(yàn)結(jié)果得到DB的最優(yōu)工藝參數(shù)為：溫度860 ℃，壓力3 MPa，加壓時(shí)間40 min；SPF參數(shù)為：溫度860 ℃，最大進(jìn)氣壓力1.5 MPa，加壓時(shí)間50 min.王大剛等[40]對(duì)于激光預(yù)焊芯板夾層提出了一種SPF/DB新工藝用來(lái)成形舵體零件，通過(guò)仿真和試驗(yàn)研究表明：SPF/DB工藝在溫度920 ℃，最大氣壓1.2 MPa，真空度5×10-3 Pa的情況下，成形得到合格產(chǎn)品，焊合率為95%以上，壁厚分布均勻性90%以上，晶粒長(zhǎng)大35%以?xún)?nèi)，新的成形工藝效果較傳統(tǒng)工藝好.

3.4 TA15鈦合金的擴(kuò)散連接

TA15（Ti6Al2Zr1Mo1V）鈦合金屬于近α型鈦合金，既具備α型鈦合金良好的熱服役性和熱連續(xù)性，又具備與α+β型鈦合金接近的工藝塑性，是綜合性能優(yōu)良的鈦合金.TA15鈦合金可在500 ℃下長(zhǎng)時(shí)間工作，瞬時(shí)工作溫度達(dá)到800 ℃，在450 ℃擁有6 000 h的工作壽命[41]，常用于制造需要在500 ℃長(zhǎng)時(shí)間工作的結(jié)構(gòu)件和焊接承力件，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、機(jī)架、飛機(jī)鈑金件、大型壁板、接頭和焊接承力架等.TA15鈦合金是我國(guó)重要的結(jié)構(gòu)用鈦合金和損傷容限型鈦合金，在航空航天和軍工等領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用[42-43].其斷裂韌性、疲勞極限和抗應(yīng)力腐蝕能力均比TC4鈦合金高，工藝塑性稍低于TC4鈦合金[44].

楊琴[45]對(duì)TA15TA15鈦合金接頭擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行了研究，通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試及金相觀察得到結(jié)論：（1） 壓力與時(shí)間對(duì)抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響相對(duì)較?。唬?） 接頭兩側(cè)組織均勻細(xì)小，接頭整齊，存在少量氣孔，晶粒在接頭擴(kuò)散連接區(qū)域充分?jǐn)U散，接頭連接效果良好，實(shí)現(xiàn)了等強(qiáng)度連接；（3） 在920 ℃，1.5 MPa，2 h條件下，綜合力學(xué)性能最好，室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)925.33 MPa，伸長(zhǎng)率為14.33%，高溫抗拉強(qiáng)度為616.5 MPa，伸長(zhǎng)率為24.25%.

周媛等[46]以Ti，Ni薄膜為中間層的TA15鈦合金和DD6單晶合金為基體，進(jìn)行了低溫?cái)U(kuò)散連接的研究.結(jié)果表明，利用磁控濺射技術(shù)，以Ti，Ni薄膜作為中間層進(jìn)行了TA15鈦合金與DD6單晶高溫合金的低溫?cái)U(kuò)散連接，Ti，Ni從母材一側(cè)擴(kuò)散至另一側(cè)，擴(kuò)散連接接頭組織分層，主要為T(mén)i2Ni和TiNi相.得到的最優(yōu)工藝參數(shù)為連接溫度800 ℃，連接壓力20 MPa，保溫時(shí)間2 h.圖7為該工藝參數(shù)下得到的接頭組織圖和接頭區(qū)域元素線(xiàn)掃描分析結(jié)果.

劉佳佳等[47]對(duì)TA15鈦合金擴(kuò)散連接性能進(jìn)行了研究，采用正交試驗(yàn)的方法，進(jìn)行擴(kuò)散連接工藝試驗(yàn)，以焊合率為判據(jù)來(lái)獲得優(yōu)化的工藝參數(shù).試驗(yàn)結(jié)果表明，影響TA15鈦合金擴(kuò)散連接質(zhì)量的主要因素為溫度，次要因素為保溫保壓時(shí)間，連接壓力的影響相對(duì)較小.在參數(shù)組合940 ℃/1.5 MPa/1.5 h，940 ℃/2 MPa/ 2 h，920 ℃/1 MPa/2 h和920 ℃/2 MPa/1.5 h擴(kuò)散連接效果均較理想，焊合率均大于95%.擴(kuò)散連接溫度升高時(shí)，接頭顯微硬度逐漸增加，在940 ℃時(shí)最高，接頭結(jié)合均良好.endprint

4 結(jié) 語(yǔ)

擴(kuò)散連接技術(shù)作為一種新型的加工方式，擁有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展對(duì)它的研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)化對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.通過(guò)以上分析，將擴(kuò)散連接技術(shù)應(yīng)用到鈦合金加工中，可以一定程度上解決其難加工問(wèn)題，對(duì)提高生產(chǎn)效率和材料利用率有著重要的作用.目前，擴(kuò)散連接技術(shù)仍然存在對(duì)加工環(huán)境要求高，加工工藝限制大以及加工設(shè)備較難滿(mǎn)足等需要解決的問(wèn)題.隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其發(fā)展空間將會(huì)得到更大的拓展，在鈦合金等難加工材料的加工應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景.擴(kuò)散連接技術(shù)與超塑成形工藝的結(jié)合，為其提供了一種新的發(fā)展方向，使得擴(kuò)散連接技術(shù)能夠推動(dòng)制造業(yè)更好更快的發(fā)展，在不久的將來(lái)必將迎來(lái)快速發(fā)展和應(yīng)用的高峰.

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