[发明专利]一种TiAl基合金异质扩散连接接头强化方法

说明书

本申请公开了一种TiAl基合金异质扩散连接接头强化方法，包括以下步骤：将焊接好的TiAl基合金异质扩散连接接头或结构件试样装入制作好的包套组件中；将包套好的试样装入加热炉中，随炉升温至1180℃～1220℃，保温10～15min后将包套好的试样转移到超塑成型机上，进行热机械变形，变形量控制在5～10％，变形完成后，将包套好的试样迅速转移到加热炉中进行随炉冷却，冷却至室温；上述热机械处理完成后，将包套好的试样通过机械加工去除包套，并进行机械加工获得所需产品。本申请针对难变形异质TiAl系金属间化合物扩散连接头，采用焊后热机械处理的方法，实现了TiAl合金和Ti₂AlNb合金块体和复杂结构件连接接头的组织调控和性能优化，装配简单，工艺性好，强度提升明显。

技术领域

本申请属于异种金属间化合物扩散焊接技术领域，尤其涉及一种TiAl基合金异质扩散连接接头强化方法。

背景技术

随着航空、航天事业的不断发展，未来新一代武器装备和航空飞行器对轻质高温结构材料的性能和使用温度提出了越来越高的要求。TiAl基合金具有优异的高温性能，是钛合金使用温度上限(600℃)高温合金使用温度下限(900℃)区间使用的唯一候选材料，其密度(～3.968g/cm3)仅为镍基高温合金密度的一半不到，可大大提高发动机的推重比，达到轻量化的目的。但其本征脆性和难加工成型严重限制了其工程化应用。

焊接技术是拓展此类合金工程化应用的重要方法之一，目前TiAl基合金的焊接方法主要集中在熔焊(电子束焊接)、线性摩擦焊接、锻接法(将叶片锻造盘体中+扩散连接)、扩散连接等。无论针对某种焊接方式，接头的组织调控，应力的释放或平衡，都是强化焊接接头的重要过程。此目的的实现方式一般是通过焊后热处理和焊后热机械变形来调控界面结构；其中焊后热处理是有效促进界面元素扩散、提高接头组织演化规律的方法之一，是适合所有接头的一种组织控制方法。而焊后热机械变形一般是用于熔焊接头，达到细化接头凝固组织，提高熔焊接头的性能。

异质接头之间由于两种母材之间的热物理化学性质不同、热膨胀系数不同，易在界面处形成较大的应力集中，同时，针对异种金属间化合物TiAl基合金而言，其扩散系数低，易在连接界面处形成脆性化合物，这些均会恶化连接接头的性能，严重限制了双合金复杂结构件的制备。

文献“Diffusion Bonding ofDissimilar Intermetallic Alloys Based onTi2AlNb and TiAl”在不同的扩散连接参数下对TiAl合金和Ti₂AlNb合金进行了扩散连接实验，并进行了焊后热处理实验，获得了不同连接界面组织状态的连接接头，在优化的参数条件下获得的剪切接头强度可达TiAl合金的80％。其未研究焊后热机械处理对连接接头组织调控，并优化性能，更不涉及复杂结构件的界面组织调控和性能优化。

目前，对于增强TiAl合金和Ti₂AlNb合金扩散连接块体连接强度的方法，主要集中在焊后热处理，而针对焊后热机械处理来强化异质TiAl基合金扩散连接块体强度的方法，还未见报道。同时，通过热机械处理强化异质TiAl基合金扩散连接复杂结构件的界面组织调控和性能优化方法也未见报道。

发明内容

为填补现有技术中尚无焊后热机械处理强化异质TiAl基合金扩散连接接头和复杂结构件技术的空白，本申请提出了一种TiAl基合金异质扩散连接接头强化方法，包含异种TiAl基合金简单结构件(块体)和复杂结构件(环形件、异形件)连接接头处的强化，该方法尤其能够强化TiAl合金与Ti₂AlNb合金扩散连接结构件，其扩展了TiAl基金属间化合物的工程应用。

本申请具体是通过以下技术方案来实现的：

一种TiAl基合金异质扩散连接接头强化方法，包括以下步骤：