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鈦及鈦合金的最佳釬焊方法

與鐵、鋁、釩、鉬等金屬元素造出的合金,具有強度高、耐熱性高、耐腐蝕性好等優異物理機械性能,被廣泛應用于化工、海洋工程、交通、醫療、建筑以及航空航天、軍工等高科技領域,是極為重要的輕質結構材料,其中,航空航天是其重要下游應用領域。

鈦及鈦合金為活性金屬,在航天航空、石油化工及原子能工業得到廣泛的應用,鈦及鈦合金釬焊中的主要問題表現在以下幾個方面:
①表面的氧化膜穩定,鈦及其合金與氧親和力大,表面容易生成一層很穩定的氧化膜,從而阻焊釬料的潤濕和鋪展,故釬焊時必須將其去除。
②具有強烈的吸氣傾向,鈦及其合金在加熱過程中對氫、氧和氮具有吸收傾向,而且溫度越高,吸納越嚴重,從而使鈦金屬的塑性和韌性急劇降低,故釬焊應在真空或惰性氣氛中進行。
③易于形成金屬間化合物,鈦及其合金能同大多數針料發生化學反應,生成脆性化合物,造成接頭變脆。因此,用于釬焊其他的材料的釬料基本上不適用于釬焊活性金屬。
④組織和性能易于變化。鈦及其合金在加熱時會發生相變和晶粒粗化,溫度越高,粗化越嚴重,所以高溫釬焊的溫度不宜過高。
總之,釬焊鈦及其合金時必須注意釬焊加熱溫度。一般說來,釬焊溫度不宜超過950~1000℃,釬焊溫度越低,對母材性能的影響也越小。對淬火時效合金來說,也可以在不超過時效溫度的條件下進行釬焊。
為了防止釬焊接頭的氧化及吸氧、吸氫反應,鈦及鈦合金釬焊是在真空和情性氣氛中進行的,一般不采用火焰釬焊。在真空或氯氣中釬焊時,可以采用高頻加熱、爐中加熱等方法,加熱速度快保溫時間短,界面區的化合物較薄,接頭性能較好。因此,必須控制針焊溫度和保溫時間,使釬料流滿間隙即可。
之所以鈦及鈦合金最好是在真空和氬氣中釬焊,是因為在真空釬焊時,雖然鈦對氧的親和力很大,但是鈦在13.3Pa真空度下就能得到光潔的表面,這是由于表面的氧化膜可向鈦中溶解所致。
在氬氣保護下釬焊,釬焊溫度范圍為760~927℃時,為了防止鈦變色,要求高純的氬氣,一般使用制冷存儲容器中的液態氬因為它具有很高的純度。
釬焊鈦及鈦合金時,經常在界面上或釬縫內形成脆性化合物,降低釬焊接頭的性能。為此可用擴散焊方法來改善釬焊接頭的性能。釬焊時,在鈦合金之間分別放上50μm厚的銅箔、鎳箔或銀箔,依靠鈦與這些金屬的接觸反應,分別形成Cu-Ti、Ni-Ti和Ag-Ti共晶。然后再把這些脆性金屬間化合物擴散掉,在一定溫度和一時間下擴散釬焊的接頭具有相當好的性能。
另外,a+B相鈦合金可以在退火、固溶處理或時效狀態下使用。如果釬焊后要求退火,則有三種方案可供選擇:退火后在退火溫度或低于退火溫度下釬焊;在退火溫度以上的溫度釬焊,并在釬焊循環中采取分段冷卻工序,從而還獲得退火組織;在退火溫度以上的溫度釬焊,然后進行退火處理。

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