[发明专利]一种用于TC18钛合金的真空扩散连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金固态焊接领域，具体是一种用于控制显微组织的TC18钛合金扩散连接方法。

背景技术

钛合金具有比强度高、中温性能好等诸多优点，是制备航空航天工业所需先进复杂结构件的重要材料之一，而扩散连接技术是复杂整体结构件的重要成形手段，在满足结构设计和制造要求的同时兼有提高材料利用率等优势，因而国内外学者均对钛合金扩散连接技术进行了研究。

北京航空材料研究院在公开号为CN101392363A的专利中提出了一种低温真空扩散连接钛合金的方法，该方法采用磁控溅射手段在试样表面溅射纳米级膜层，促进界面处的元素扩散，降低扩散连接温度，成功获得了TA15、TC4扩散连接接头。然而，由于磁控溅射镀膜受到设备、靶材等诸多因素的限制，成本较高且有尺寸限制，难以在工业制造过程中得到应用。

文献“Microstructures and interfacial quality of diffusion bonded TC21 titanium alloy joints,Hui-jie LIU,Xiu-li FENG.Trans.Nonferrous Met.Soc.China21(2011)58-64”对TC21钛合金在不同扩散温度下显微组织的演化情况进行了研究，并给出了优化的扩散连接温度值，但是并未继续探讨扩散连接工艺对TC21钛合金母材显微组织的影响和由此引起的性能变化，更未涉及组织与性能控制技术。

Douglas Joseph在其公开号为GB2280867的专利中给出了一种钛合金扩散连接方法和相应的模具和设备，该方法在温度不低于850℃、压力不低于20MPa或温度在900～950℃之间，试验压力在20～30MPa之间的条件下实现钛合金扩散连接，而该方法不适用于TC18等近β钛合金的扩散连接，在获得高连接质量的同时无法获得具备优良综合力学性能匹配的钛合金显微组织。

韩华在其公开号为CN101028750A的专利中公开了一种钛合金蜂窝板的设计与制造方法，在其制造过程中，并未涉及到对扩散连接后钛合金构件显微组织的调控，这表明钛合金扩散连接构件制造技术在构件性能调控方面尚未发展完善。

TC18钛合金名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，相变点为870℃，900℃下应变速率为0.1s^-1时变形抗力为100MP，应变速率为1s^-1时变形抗力为155MPa。该合金属于近β型钛合金，相较其它钛合金而言，其相变温度较低、显微组织热稳定性弱，在较高温度下进行扩散连接时极易造成母材与接头的组织粗化，导致材料性能恶化，但扩散连接温度过低导致接头的连接质量降低，因此，选取能够获取高连接质量的近β钛合金扩散连接温度难度大，限制了TC18钛合金扩散连接技术的发展。此外，在整体构件制造中，材料的热处理与连接是两道工序，实现过程中存在一定程度的矛盾：采用热处理后材料进行连接，造成材料组织在连接过程中发生恶化，从而影响构件性能；而连接后对整体构件进行热处理以调整构件材料组织性能，技术难度高并易造成构件变形，消耗人力、能源。上述缺点限制了扩散连接在钛合金重要结构件制造过程中的应用。

发明内容

为了解决TC18钛合金真空扩散连接过程中的组织控制问题，本发明给出了一种用于TC18钛合金的真空扩散连接方法。

本发明的具体过程是：

步骤1：试样待连接表面的处理。对各试样表面进行打磨，使待连接表面呈现镜面效果；将试样浸入丙酮中超声波除油处理1h，并置于丙酮中保存；

步骤2：钛合金锻态试样的固溶与扩散连接。将待连接试样组合后放入真空扩散焊机内实施扩散连接；在实施扩散连接时，对真空扩散焊机炉腔抽真空至真空度为5×10^-3Pa～7×10^-3Pa时，以5～30℃/min的升温速率使真空扩散焊机炉腔温度升至800～850℃，通过真空扩散焊机的石墨压头对连接试样施加5～20MPa的轴向压力并保持1～2h，加压中保持真空扩散焊机炉腔真空度在5×10^-3Pa～7×10^-3Pa以下，并保持真空扩散焊机炉腔温度为800～850℃；得到连接在一起的TC18钛合金固溶试样。