用於焊接ta系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料及製備方法
2023-06-07 14:35:16
用於焊接ta系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料及製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料，由以下組分按原子百分比組成：總的百分比為100%，其中Ti20％～25％、Cu25％～30％、Ni20％～25％、Fe15％～20％、Cr10％～13％、Sn0.5％～5％、In0.01％～2％、Ga0.01％～2％。本發明還公開該種非晶合金釺料箔材的製備方法。本發明的非晶合金釺料熔點在762℃～842℃之間，釺焊溫度低於Ti的相變點，釺料柔韌性能好，便於加工和裝配；在焊接時與被焊金屬及合金的匹配性好、釺縫耐腐蝕性能良好，焊縫為單相fcc固溶體組織，接頭綜合機械性能較高。
【專利說明】用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料及製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於焊接材料【技術領域】，涉及一種用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料，本發明還涉及該非晶合金釺料的製備方法。
【背景技術】
[0002]鈦及其合金比強度高，耐蝕性能好，是重要的宇航結構材料和化工材料。但因鈦金屬價格較高，工程上常用鈦-鋼(異種金屬)合金結構，既可滿足使用性能要求，又節約了鈦材。製造鈦-鋼複合結構的關鍵是解決鈦與鋼的焊接問題。由於鈦與鐵間的線膨脹係數、熱導率相差均較大，在焊接接頭中易形成較大的內應力；焊縫中鐵的含量會大大超過其在鈦中的溶解度，在焊縫中形成大量的金屬間化合物；除此之外，焊縫中的鈦還會與鐵、鉻、鎳、碳形成複雜的金屬間化合物，使焊縫金屬脆化，產生裂紋。
[0003]釺焊是實現鈦與鋼連接所常用的方法。但是，由於釺縫多出現硬脆金屬間化合物相而使接頭性能難於保障，而且釺縫耐蝕性也常常滿足不了使用要求，尤其是TA系列鈦合金在釺焊加熱過程中，當溫度高於882°C時會發生從α-Ti向β-Ti的相變，鈦材的近縫區性能降低。因此，欲獲得較高性能的釺接接頭，必須降低釺料的熔點，將焊接溫度控制在鈦的相變溫度以下。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料，解決了現有技術中，當溫度高於882°C時會發生從α-Ti向β-Ti的相變，導致鈦材的近縫區性能降低的問題。
[0005]本發明的另一目的在於提供一種上述的非晶合金釺料的製備方法。
[0006]本發明採用的技術方案是，一種用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，其中Ti20%~25%、Cu25%~30%、Ni20%~25%、Fel5%~20%、Crl0%~13%、Sn0.5%~5%、In0.01%~2%、Ga0.01%~2%。
[0007]本發明採用的另一技術方案是，一種上述非晶合金釺料的製備方法，該方法按照以下步驟實施:
[0008]步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金
[0009]Al、按以下原子百分比稱量好各種聞純金屬:總的百分比為100%,其中Ti20%~25 %、Cu25 % ~30 %、Ν?20 % ~25 %、Fel5 % ~20 %、CrlO % ~13 %、Sn0.5 % ~5 %、In0.01%~2%、Ga0.01%~2% ;
[0010]A2、將步驟Al淨化處理好的各高純金屬按照Cu-Sn、Cu-N1、T1-Fe、Fe-Cr-1n-Ga的組合分別進行熔配，得到四組中間合金；
[0011]A3、將步驟A2得到的四組中間合金，再按照Cu-Sn與Cu-Ni組合，T1-Fe與Fe-Cr-1n-Ga組合，進行二次熔配，得到兩組二次中間合金Cu-Sn-Ni與T1-Fe-Cr-1n-Ga ；[0012]A4、再將步驟A3得到的兩組二次中間合金Cu-Sn-Ni與T1-Fe-Cr-1n-Ga進行熔配，得到非晶母合金；
[0013]步驟B、將步驟A4得到的非晶母合金，應用單輥快速凝固裝置製備得到非晶合金釺料箔材，即成。
[0014]本發明的有益效果是，該種非晶合金釺料具有優良的強度、韌性及耐腐蝕性等綜合性能，而且熔點在762°C~842°C之間，釺焊溫度低於Ti的相變點，凝固溫度區間較小，鋪展性和填縫性好，易於獲得高性能釺接接頭。釺料柔韌性能好，便於加工和裝配；具有優良的強度、韌性及耐腐蝕性等綜合性能，而且熔點較低，鋪展性和填縫性好，接頭綜合力學性能較高。
【具體實施方式】
[0015]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0016]本發明用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，其中Ti20%~25%、Cu25%~30%、Ni20%~25%、Fel5%~20%、Crl0%~13%、Sn0.5%~5%、In0.01%~2%、Ga0.01%~2%。
[0017]在本發明的非晶合金釺料成分中，各組分及含量限定理由是:
[0018]為了提高鈦合金/不鏽鋼接頭的綜合力學性能，非晶合金釺料主元選擇T1-Cu-N1-Cr-Fe五主元系合金。主要原因有三點:①焊接過程中母材向液態釺料層的溶解不可避免，為預防釺縫產生脆性金屬間化合物起見，釺料須含有T1、Fe、N1、Cr等諸主元；②為了獲得具有單相fee固溶體微結構的高性能釺縫，釺料中須添加Cu作為主要組元；③通過在合金中添加Sn、In和Ga,調節釺料熔點，改善釺料活性,提高釺料鋪展性。
[0019]本發明的非晶合金釺料的製備方法，使用單輥快速凝固裝置製得，按照以下步驟實施，
[0020]步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金
[0021]Al、按以下原子百分比稱量好各種聞純金屬:總的百分比為100%,其中Ti20%~25 %、Cu25 % ~30 %、Ν?20 % ~25 %、Fel5 % ~20 %、CrlO % ~13 %、Sn0.5 % ~5 %、In0.01%~2%、Ga0.01%~2% ;各種高純金屬的純度均高於99.99% ;再分別用矽油或硼酐將稱量好的各高純金屬進行淨化處理；
[0022]A2、將步驟Al淨化處理好的各高純金屬按照Cu-Sn、Cu-N1、T1-Fe、Fe-Cr-1n_Ga的組合分別進行熔配，得到四組中間合金；
[0023]A3、將步驟A2得到的四組中間合金，再按照Cu-Sn與Cu-Ni組合，T1-Fe與Fe-Cr-1n-Ga組合，進行二次熔配，得到兩組二次中間合金Cu-Sn-Ni與T1-Fe-Cr-1n-Ga ；
[0024]A4、再將步驟A3得到的兩組二次中間合金Cu-Sn-Ni與T1-Fe-Cr-1n-Ga進行熔配，得到非晶母合金；
[0025]步驟B、將步驟A4得到的非晶母合金，應用單輥快速凝固裝置製備得到非晶合金釺料箔材，輥輪線速度控制在5~40m/s，製備的非晶釺料箔材厚度為25~60 μ m,寬約3~7mm,長約1~2m。
[0026]採用上述的製備得到的非晶合金釺料箔材，在焊接鈦/不鏽鋼的試樣接頭裝配時，先將箔材置於待焊TA鈦/不鏽鋼之間，然後按照常規真空釺焊方法對裝配好了的接頭進行加熱、保溫和凝固，實現TA鈦/不鏽鋼的釺焊連接。
[0027]表1為各個本發明四個實施例的含量配比對照表
[0028]
【權利要求】
1.一種用於焊接TA系列鈦與不鏽鋼的非晶合金釺料，其特徵在於，由以下組分按原子百分比組成:總的百分比為100%，其中Ti20%?25%、Cu25%?30%、Ni20%?25%、Fel5%?20%、Crl0%?13%、Sn0.5%?5%、In0.01%?2%、Ga0.01%?2%。
2.—種權利要求1所述非晶合金釺料的製備方法，其特徵在於，該方法按照以下步驟實施: 步驟A、利用超高真空電弧爐熔配母合金 Al、按以下原子百分比稱量好各種高純金屬:總的百分比為100%，其中Ti20%?25%、Cu25%?30%、Ni20%?25%、Fel5%?20%、Crl0%?13%、Sn0.5%?5%、In0.01%?2%, Ga0.01%?2% ； A2、將步驟Al淨化處理好的各高純金屬按照Cu-Sn、Cu-Ni, T1-Fe, Fe-Cr-1n-Ga的組合分別進行熔配，得到四組中間合金； A3、將步驟A2得到的四組中間合金，再按照Cu-Sn與Cu-Ni組合，T1-Fe與Fe-Cr-1n-Ga組合，進行二次熔配，得到兩組二次中間合金Cu-Sn-Ni與T1-Fe-Cr-1n-Ga ； A4、再將步驟A3得到的兩組二次中間合金Cu-Sn-Ni與T1-Fe-Cr-1n-Ga進行熔配，得到非晶母合金； 步驟B、將步驟A4得到的非晶母合金，應用單輥快速凝固裝置製備得到非晶合金釺料箔材，即成。
3.根據權利要求2所述的非晶合金釺料的製備方法，其特徵在於，所述的步驟A中，各種高純金屬的純度均高於99.99%。
4.根據權利要求2所述的非晶合金釺料的製備方法，其特徵在於，所述的步驟A中，分別用矽油或硼酐將稱量好的各高純金屬進行淨化處理。
5.根據權利要求2所述的非晶合金釺料的製備方法，其特徵在於，所述的步驟B中，輥輪線速度控制在5?40m/s。
【文檔編號】B23K35/30GK103737197SQ201310489139
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】翟秋亞, 崔潔, 徐錦鋒 申請人:西安理工大學