稀有金属 2004,(01),86-88 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2004.01.022
Ti3 Al对TiCu15Ni15钎料组织的影响
毛唯 王英华
北京航空材料研究院焊接与锻压研究室,北京航空材料研究院焊接与锻压研究室,清华大学材料系 北京100095 ,北京100095 ,北京100084
摘 要：
分别以 0 %, 2 5 %, 5 0 %, 75 %, 10 0 %比例的Ti3Al替换TiCu15Ni15中Ti, 对所得的钎料进行组织形貌及成分分析。研究结果表明 :钎料合金由先结晶低Cu , Ni含量相和后结晶的高Cu , Ni含量相组成 , 随Ti3Al增加。低Cu , Ni含量相减少 , 高Cu , Ni含量相增加 , 同时由于Nb含量增加 , 背散射图像发生变化 , 先结晶相由灰色逐渐变为亮白色 , 后结晶相成分偏析增加 , 先结晶高Nb相为灰色 , 后结晶低Nb相为黑色 , 至 5 #合金形态发生显著变化 , 灰色相由块团状变为短条或片状 , 其中央为白色边缘为灰色 , 这将引起性能变化。
关键词：
钎料 ;Ti3Al ;TiCu15Ni15钎料 ;
中图分类号： TG422
收稿日期： 2003-08-28
Effect of Ti3 Al on Microstructure of TiCu15Ni15 Filler Metal
Abstract：
The image of microstructure and chemical composition of phase of TiCu15Ni15 filler materials with 0%, 25%, 50%, 75%, 100% Ti 3Al instead of titanium were analyzed. It can be concluded that filler metal consists of low Cu and Ni phase and high Cu and Ni phases. Low Cu, Ni phases decrease and high Cu, Ni phases increase with Ti 3Al increases. At the same time, BSE image changs because Nb increases. The early crystal phase becomes to bright from gray, and chemical composition segregation of latter crystal phase increases. Early crystal high Nb phase is gray, latter crystal low Nb phase is black, and the image of No.5 alloy is changed significantly because the gray phase becomes to lath like from nodule like. The centroal region is white and the periphery is grany. Therefore, the properties are changed.
Keyword：
filler metal; Ti 3Al; TiCu15Ni15 filler metal;
Received： 2003-08-28
现有钛合金在600 ℃以上抗氧化性能、 蠕变性能急剧降低, 难以满足600 ℃以上结构应用的需要, Ti3 Al金属间化合物合金能够满足650～700 ℃的结构应用, 替代部分高温合金, 而与高温合金相比, Ti3 Al金属间化合物合金比重小, 用于航空发动机结构件减重效果明显, 因而受到航空航天青睐。 一个材料的成功应用离不开连接技术, 且其连接方法越多, 其应用的范围将越广泛。 Ti3 Al的钎焊目前处于起步阶段, 较为成功的例子是采用Ti-Cu-Ni系钎料
[1 ,2 ,3 ]
, 人们为使钎焊接头与母材性能接近, 往往在其中加入母材的成分, 或通过扩散处理使接头组织、 成分与母材接近。 本文主要研究以不同量的Ti3 Al取代TiCu15Ni15中的Ti对组织的影响。
1 试 验
1.1 材料
本试验采用的材料主要为海绵钛、 电解铜、 电解镍、 铌铝合金、 纯铝。 Ti3 Al为Ti-24Al-15Nb-1Mo。
1.2 方法与设备
本试验以Ti-15Cu-15Ni钎料为例, 分别以25%, 50%, 75%及100%的Ti3 Al (Ti-24Al-15Nb-1Mo) 替代钎料中的Ti, 1# ～5# 合金名义成分分别为: 1# : Ti-15Cu-15Ni; 2# : (25%Ti3 Al+75%Ti) -15Cu-15Ni; 3# : (50%Ti3 Al+50%Ti) -15Cu-15Ni; 4# : (75%Ti3 Al+25%Ti) -15Cu-15Ni; 5# : Ti3 Al-15Cu-15Ni。
采用真空充氩电弧熔炼炉进行合金的熔炼, 为保证其均匀性, 每炉熔炼3次。
组织及成分分析应用МИМ-8光学显微镜、 JSM-5600LV扫描电镜、 LINK ISIS300能谱仪。
2 结果与讨论
2.1 Ti3Al含量对钎料组织形貌的影响
钎料合金抛光后进行腐蚀, 用扫描电镜进行观察, 图1为钎料合金的二次电子像, 可见先结晶相随Ti3 Al含量增加逐渐减少, 并由树枝状逐渐变为块状。 试样重新抛光后的背散射电子像见图2, 可见随Ti3 Al增加, 先结晶的深色相增加, 且由灰色逐渐变成亮白色, 其次后结晶相随Ti3 Al含量增加成分偏析增大, 先结晶的为灰色、 后结晶的为黑色, 并且5# 低熔点后结晶相中的灰色相由4# 的团块状变为片层状, 这将引起性能差异。
2.2 组织成分分析
对钎料组织成分进行Al, Cu, Nb, Ni, Ti面分析, 结果见图3 (黑色表示元素分布) , 可见先结晶黑色相的Ti, Nb, Al含量多, 后结晶的白色相Cu, Ni含量高。
图1 钎料合金二次电子相 (a) 1# 钎料; (b) 4# 钎料; (c) 5# 钎料
Fig.1 SEI image of filler metal
图2 钎料背散射图像 (a) 2# 钎料; (b) 4# 钎料; (c) 5# 钎料
Fig.2 BSE image of filler metal
图3 元素面分布图 (×1200) (a) 背散射像; (b) Ni; (c) Al; (d) Nb; (f) Ti
Fig.3 Element faceable distributing (×1200)
经相成分分析, 先结晶的低Cu, Ni含量的高熔点相 (图1深色凹陷处, 图2 中2# 合金的深色相、 4# 合金中的相2, 5# 合金中的相2) 成分见表1, 可见随Ti3 Al增加, Nb含量逐渐增多, 因而背散射电子像中由暗逐渐变亮 (图2) 。
由图2可见, 后结晶的高Cu, Ni含量相, 随Ti3 Al的增加成分偏析增大, 由2# 的差别不大, 至4# 分为先后结晶团块状灰相和黑色间隙两相, 5# 则变为短条或片状先结晶灰相与最后结晶的黑色相, 成分分析分析结果见表2, 表明主要是Nb含量不同引起熔点差异, 先结晶白色或灰色相Nb含量多, 后结晶低熔点相Nb含量少因而色深。
表1 低Cu, Ni相的成分
Table 1 Chemical composition of low Cu, Ni phase
Ti
Al
Nb
Cu
Ni
# 78.82
9.47
10.70
# 64.25
2.55
11.07
9.88
12.21
# ②灰46.36
6.33
30.19
10.44
6.69
# ②白32.89
8.12
49.35
6.24
3.4
表2 高CuNi相的成分
Table 2 Chemical composition of high Cu, Ni phase
Ti
Al
Nb
Cu
Ni
# 50.42
28.03
21.55
50.82
27.47
21. 7
# 50.12
1.2
3.4
22.47
22.78
4#
①黑
43.57
3.22
3.43
26.20
19.25
③灰
38.35
5.82
12.21
22.01
21.61
# ①黑
43.75
8.55
10.02
17.82
19.86
44.41
4.15
5.27
22.88
23.28
④深灰
34.14
8.04
18.90
19.64
19.28
③白灰
29.84
9.64
24.02
18.61
17.89
30.55
8.96
23.01
18.83
18.65
3 结 论
1. 钎料合金组织由先结晶低Cu, Ni含量相和后结晶的高Cu, Ni含量相组成;
2. 随Ti3 Al增加, 低Cu, Ni含量相减少, 高Cu, Ni含量相增加;
3. 随Ti3 Al增加Nb含量增加, 背散射图像发生变化, 先结晶相由灰色变为亮白色, 后结晶相成分偏析加大, 先结晶高Nb含量的为灰色、 后结晶低Nb含量为黑色;
4. 5# 合金形态发生显著变化, 后结晶相中的灰色相由块团状变为短条或片状中央白色边缘灰色的相, 这将引起性能变化。
参考文献
[1] CaddenCH , YangNYC , HeadleyTH . MicrostructuralevolutionandmechanicalpropertiesofbrazejointsinTi13.4Al21.2Nb[J].WeldingResearchSupplement, 1997, (8) :316.
[2] ActaMaterials, LeeSJ, WuSK , LinRY . InfraredjoiningofTiAlintermetallicsusingTi15Cu15Nifoil-Ⅰ[J].TheMicrostructuralEvolutionatHighTemperature, 1998, 46 (4) :1283.
[3] ActaMaterials, LeeSJ, WuSK , LinRY . InfraredjoiningofTiAlintermetallicsusingTi15Cu15NifoilⅡ[J].TheMicrostructuralEvolutionatHighTemperature, 1998, 46 (4) :1297.
