摘要
钛合金因其优异的性能在航空航天、化工、医学等领域广泛应用。但由于价格昂贵、可焊性差等原因，使其应用受到了限制。将钛合金和不锈钢通过焊接的方法制成复合构件，能够综合二者的性能优点，具有良好的应用前景和价值。但由于二者物理化学性能差异巨大，焊接难度较大。为获得优异的接头性能，探索更为有效的焊接方法和工艺具有重要意义。本文采用钎焊和热塑连接两种焊接方法，选取Ti35Zr25Be32Co8、Ti35Zr25Be28Ni12、Ti20Zr20Hf20Cu20Ni20、Ni62Nb38四种成分的非晶态中间层合金，对焊接工艺、焊缝组织和力学性能等进行了研究，结果如下： (1)钎焊实验选取了Ti35Zr25Be28Ni12、Ti35Zr25Be32Co8、Ti20Zr20Hf20Cu20Ni20三种成分的非晶态中间层，接头剪切强度分别为254MPa、249MPa、200MPa，对应的焊接温度别为740℃、820℃、960℃。 (2)钎焊实验接头由316L/扩散层Ⅰ/焊缝中心组织Ⅱ/扩散层Ⅲ/TC4五个不同区域构成，焊缝组织构成分别为316L/γ-Fe+Fe2Ti+β-(Ti,Zr)+(Ni,Fe)(Ti,Zr)2/β-Ti+Ni10Zr7/β-Ti/TC4、316L/β-Ti+FeTi+CoTi/β-(Ti,Zr)+CoTi2/β-Ti/TC4、316L/γ-Fe+σ+α-Fe+τ+Fe2Ti+FeTi/β-Ti+(Ti,Zr,Hf)2(Cu,Ni)/β-Ti/TC4。断裂位置均位于316L一侧的Fe-Ti化合物层附近。 (3)热塑连接实验选用Ti35Zr25Be32Co8、Ti20Zr20Hf20Cu20Ni20、Ni62Nb38三种非晶态中间层合金，接头剪切强度分别为306MPa、295MPa、324MPa，焊接温度分别为680℃、860℃、940℃。 (4)热塑连接实验，以Ti35Zr25Be32Co8和Ti20Zr20Hf20Cu20Ni20为中间层，焊缝接头由316L/扩散层Ⅰ/焊缝中心组织Ⅱ/扩散层Ⅲ/TC4五部分构成，具体的焊缝组织分别为316L/FeTi+TiCr2/β-(Ti,Zr)+CoTi/β-(Ti,Zr)/TC4、316L/(Cu,Ni)(Ti,Zr,Hf)2+Fe(Ti,Zr,Hf)2+(Cu,Ni)(Ti,Zr,Hf)+Fe(Ti,Zr,Hf)/(Cu,Ni)(Ti,Zr,Hf)+(Cu,Ni)(Ti,Zr,Hf)2/β-(Ti,Zr,Hf)+(Ti,Zr,Hf)2(Cu,Ni)/TC4。以Ni62Nb38为中间层的接头由316L/扩散层Ⅰ/焊缝中心组织Ⅱ/扩散层Ⅲ/扩散层Ⅳ/TC4六个区域构成，组织构成为316L/Nb7Ni6+Fe2Nb/Nb7Ni6+NbNi3/Ti2Ni+TiNi+Nb3Al+(Nb,β-Ti)/β-Ti+Ti2Ni/TC4。热塑连接扩散层的生长规律符合X2=k0exp(-Q/RT)关系。以Ti35Zr25Be32Co8和Ti20Zr20Hf20Cu20Ni20为中间层的焊件断裂位置位于316L一侧的Fe-Ti化合物层附近，以Ni62Nb38为中间层的焊件断裂于316L一侧的Fe-Nb化合物层附近。 (5)钎焊焊缝组织为钎料熔化凝固过程，基体与钎料溶解互扩散反应剧烈，化合物层和焊缝中心组织粗大，其中Fe-Ti化合物层的厚度值最大超过8μm。热塑连接为更低温度的固态扩散过程，具有更小的化合层厚度和均匀细小的焊缝组织，形成的Fe-Ti化合物层厚度最大仅为2μm左右，热塑连接方法可以获得更高的接头性能。
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