高温钛合金具备高比强度和优良的热不变性
，其在飞行体等结构上的利用已获得了优良的减沉效益[1-5]。Ti60钛合金是在IMI834合金的基础上开发的近α型高温钛合金
，参与了更多的Si元素和少量的Ta元素
，能够节造a2相少量析出
，使a2相与硅化物作为强化相
，以改善高温蠕变和悠久机能
，已在飞机发起机压气机叶片、轮盘、鼓筒以及整体叶盘等关键零部件上得到利用[6-9]。

扩散衔接是将资料紧压在一路
，置于真空或；た掌
，加热至肯定温度
，而后对其施加压力使衔接界面缜密接触
，而后经原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种衔接步骤[10]
，资料未产生溶解
，成形零件缺点少
，无残存应力。刘继雄等[11]钻研了扩散衔接温杜纂衔接功夫对SP-700钛合金热轧板扩散衔接质量的影响
，发现衔接功夫的耽搁、衔接温度的升高可促使衔接界面焊合率增大
，升高衔接温杜仔助于缩短界面齐全结合所需的衔接功夫。HamiltonCH[12]初次明确提出待扩散衔接表表接触时波峰对波峰
，波谷对波谷的扩散衔接数学模型。吴会平[13]基于衔接界面表表描摹差距提出了一个能够预测齐全焊合接头的扩散衔接功夫、焊合率、分歧时刻浮泛散布状态与浮泛尺寸的双峰模型。国内表目前关于Ti60钛合金扩散衔接的钻研较少
，相宜的扩散衔接工艺参数尚不明确。本文进行了Ti60钛合金板材在分歧保温温度、保温保压功夫、保压压力前提下的扩散衔接试验
，分析了Ti60钛合金板材扩散衔接界面的焊合率和剪切强度随工艺参数的变动
，推进了Ti60钛合金扩散衔接的工程化利用。

1、试验资料及步骤

本文选取中国科学院金属钻研所提供的热轧退火态Ti60钛合金板材
，厚度为2mm。原始板材轧造方向(RD)的室温单向拉伸工程应力-工程应变曲线见图1
，屈服强度为1139.7MPa
，抗拉强度为1154.5MPa
，断后伸长率为15.2%。原始板材微观组织见图2
，其中TD为轧件的横向Ｄ芄豢闯
，Ti60钛合金组织由初生α相和晶间β相组成
，α相呈等轴状和轧造形成的拉长状
，散布较为均匀
，均匀体积分数约为58.0%
，均匀晶粒尺寸为33.2μm。

本文以扩散衔接界面的剪切强度和焊合率为凭据来衡量扩散衔接成效。选取如图3a所示的拉剪试样依照GB/T6396-2008[14]进行单向拉伸试验
，断裂过程中最大力与试样中部搭接面积比值即为剪切强度
，试样长度方向为轧造方向。对线切割得到的试片待衔接表表进行打磨、抛光和酸洗处置
，去除表表杂质和氧化物。将试片沿RD方向对齐放入真空扩散炉内进行扩散衔接试验。为衡量保温温度和保温保压功夫对原始板材室温力学机能的影响
，选取线切割加工得到如图3b所示的随炉热处置单向拉伸试样
，与扩散衔接试片一起放入真空扩散炉内进行随炉热处置
，扩散衔接试验前提如表1所示。选取丽江三思纵横科技股份有限公司出产的UTM5504X型电子全能试验机对拉剪试样和随炉热处置拉伸试样进行室温单向拉伸试验
，测定试样力学机能;选取漯河江南永新有限公司出产的MR5000型光学显微镜观察扩散衔接界面上的微观组织
，分析微观组织变动
，测定焊合率。

表1 扩散衔接试验工艺参数

Table 1 Process parameters of diffusion bonding experiment

2、试验了局

2.1保温温度对扩散衔接界面的影响

在保压压力为2MPa、保温保压功夫为2h的前提下
，保温温度对扩散衔接界面组织和焊合率的影响别离如图4和图5所示。结合图4和图5能够看到
，当保温温度为900℃时
，扩散衔接界面存在较多的长条状孔洞
，如图4a所示
，未焊合区域较多
，焊合率仅为70.0%。随着保温温度逐步升高
，扩散衔接界面处的孔洞数量逐步削减
，状态逐步转变为球状
，β相的体积分数逐步削减
，焊合率逐步升高
，如图4b所示。当保温温度大于或蹬宗940℃时
，扩散衔接界面处的绝大部门结合区域被晶界和晶粒占据
，如图4c和图4d所示。从图5中能够看出
，随着保温温度升高
，焊合率的增大速度逐步减缓
，当保温温度达到960℃时
，焊合率达到98.5%。

保温温度对扩散衔接界面剪切强度的影响如图6所示。在900℃时
，试样扩散衔接界面的剪切强度仅为196.0MPa
，随着保温温度的升高
，扩散衔接界面的剪切强度也逐步升高
，在940℃时大幅度提高
，达到547.9MPa
，之后随着保温温度升高
，扩散衔接界面的剪切强度的增大速度减缓
，960℃时剪切强度达到559.6 MPa。

2.2保温保压功夫对扩散衔接界面的影响

在保温温度为940℃、保压压力为2MPa的前提下
，保温保压功夫对扩散衔接界面组织和焊合率的影响别离如图7和图8所示。结合图7和图8能够看到
，当保温保压功夫为0.5h时
，扩散衔接界面散布罕见量较多的长条状和球状孔洞
，如图7a所示
，焊合率为84.9%。随着保温保压功夫的耽搁
，孔洞数量削减
，β相的体积分数显著削减。当保温保压功夫幼于或蹬宗1.5h时
，晶粒大幼变动不显著
，如图7a~图7c所示。当保温保压功夫大于或蹬宗2.0h时
，衔接界面处的孔洞根基隐没
，如图4c、图7d所示。从图8中能够看出
，随着保温保压功夫的耽搁
，焊合率的增大速度逐步减缓
，保温保压功夫为3.0h时
，焊合率达到97.8%。

保温保压功夫对扩散衔接界面剪切强度的影响如图9所示。经过0.5h的保温保压
，衔接界面的剪切强度为261.6MPa。随着保温保压功夫的耽搁
，剪切强度逐步升高
，上升幅度逐步减缓
，保温保压功夫为2.0h时
，剪切强度达到547.9MPa
，保温保压功夫为3.0h时
，剪切强度达到559.2MPa
，上升幅度显著降低。

2.3保压压力对扩散衔接界面的影响

在保温温度为940℃、保温保压功夫为2h的前提下
，保压压力对扩散衔接界面组织和焊合率的影响别离如图10和图11所示。结合图10和图11可知
，在1.0MPa的保压压力前提下
，界面处罚布有较多孔洞
，如图10a所示
，焊合率为89.0%。当保压压力幼于或蹬宗2.0MPa时
，升高压力会推进孔洞弥合
，使孔洞数量削减、尺寸减幼
，如图10a、图10b和图4c所示。当保压压力达到2.0MPa时
，焊合率为95.9%。当保压压力为2.5MPa时
，焊合率出现些许降落
，如图11所示
，以为是由于选取刚性扩散时衔接界面受力并不均匀
，使得部门区域衔接界面未贴合
，孔洞无法齐全解除
，如图10c所示。在3.0MPa的保压压力下
，衔接界面处的孔洞根基隐没
，如图10d所示
，焊合率达到97.4%。

保压压力对扩散衔接界面剪切强度的影响如图12所示
，在1.0MPa的保压压力下
，衔接界面的剪切强度为439.7MPa
，随着保压压力的升高
，剪切强度逐步升高。保压压力为2.0MPa时
，剪切强度达到547.9MPa
，当保压压力大于2.0MPa时
，剪切强度的提升速度显著减缓
，当保压压力为2.5MPa时
，衔接界面的剪切强杜纂2.0MPa保压压力时相当
，这与图11所示的保压压力为2.5MPa时的焊合率有所降落有关。当保压压力为 3.0 MPa时
，扩散衔接界面的剪切强度达到557.7 MPa。

2.4保温保压功夫和保温温度对原始板材力学机能的影响

为钻研扩散衔接过程中
，加热对 Ti60钛合金力学机能的影响,在940和960℃两个保温温度下进行扩散衔接时放入随炉热处置拉伸试样
，并测试其室温力学机能,如表2和表3所示。经高温保和善随炉冷却后
，与Ti60钛合金原始板材机能进行对比
，随炉热处置拉伸试样的抗拉强度降低了13%14%
，这与加热过程中的相变、晶粒长大等有关。当保温温度达到940℃后
，升高温度和耽搁保温保压功夫
，Ti60钛合金的室温强度不再持续降低。

表2 保温保压功夫为2h时保温温度对原始板材力学机能的影响

Table 2 Effect of holding temperature on mechanical properties for original sheet at holding time of 2 h

表3 保温温度为940℃时保温保压功夫对原始板材力学机能的影响

Table 3 Effect of holding time on mechanical properties for original sheet at holding temperature of 940℃

3、结论

(1)保温温度升高使得Ti60钛合金母材软化,扩散系数增大
，在一样保压压力和保温保压功夫前提下
，孔洞弥合得更充分
，扩散衔接界面的焊合率随之增大。原子的扩散迁徙必要功夫,耽搁保温保压功夫使得界面焊合率增大。增大保压压力能够加快界面原子激活
，推进孔洞愈合
，增大焊合率。在940℃/2h/2MPa的前提下
，衔接界面的焊合率达到95.9%,已靠近100%,持续升高保温温度、耽搁保温保压功夫、增大保压压力
，焊合率提升空间不大
，提升速度显著减缓
，在960℃/2h/2 MPa前提下
，焊合率达到98.5%。

(2) Ti60钛合金扩散衔接界面的剪切强杜纂焊合率根基呈正有关
，焊合率反映衔接界面受力面积大幼
，焊合率越高
，衔接界面剪切强度越高
，在960℃/2h/2MPa前提下
，剪切强度达到559.6MPa。

(3) Ti60钛合金板材经高温保温后
，RD方向的室温强度显著降低
，经过940℃高温保温2h后
，Ti60钛合金的室温抗拉强杜咨1154.5 MPa降低至994.1MPa
，降落约14%
，重要是由于保温过程中Ti60钛合金α晶粒逐步等轴粗化和产生回复再结晶。为获得与母材机能靠近的力学机能
，需对扩散衔接后零件进行热处置等工艺的优化处置。当保温温度达到940℃后
，升高保温温度和耽搁保温保压功夫
，对Ti60钛合金的室温强杜装响不大。

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（注
，原文标题：Ti60钛合金扩散衔接界面组织及剪切机能）