【摘 要】
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随着现代技术发展,单一材料已满足不了人们日益增长的需要。与传统材料相比,多金属材料以其独特的性能为暴露在极端工作环境中的材料提供了许多优点,极大扩展了材料服役环境。然而,常用于连接多种材料的焊接技术受限于材料结构要求,不能灵活连接复杂结构材料,但增材制造技术可实现生产复杂结构和性能空间分布的结构-功能一体化零件。在众多金属材料组合中,钛钢两种材料的结合备受关注,钛钢双金属材料因其优异的耐蚀性和低成
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随着现代技术发展,单一材料已满足不了人们日益增长的需要。与传统材料相比,多金属材料以其独特的性能为暴露在极端工作环境中的材料提供了许多优点,极大扩展了材料服役环境。然而,常用于连接多种材料的焊接技术受限于材料结构要求,不能灵活连接复杂结构材料,但增材制造技术可实现生产复杂结构和性能空间分布的结构-功能一体化零件。在众多金属材料组合中,钛钢两种材料的结合备受关注,钛钢双金属材料因其优异的耐蚀性和低成本在化工、电力以及航空航天等领域受到广泛使用。考虑到钛合金的易氧化性,本课题利用电子束熔丝沉积技术,其高真空、高能量利用率以及高温等特征,以Ti6Al4V和SS316L为研究对象,对Ti6Al4V/SS316L双金属材料以及Ti6Al4V/Cu/SS316L多金属材料界面组织和性能开展系统研究。在研究Ti6Al4V/SS316L双金属材料界面组织性能之前,首先研究了沉积顺序对沉积稳定性的影响,结果表明先Ti6Al4V后SS316L可得到稳定的双金属界面结构。在Ti6Al4V/SS316L界面存在大量的Fe-Ti金属间化合物,界面最大硬度达到887HV,同时存在较多贯穿条带的纵向裂纹,在残余应力作用下导致界面出现严重分层缺陷。硬脆Fe-Ti金属间化合物是导致Ti6Al4V/SS316L双金属材料出现严重缺陷的主要原因。为消除界面分层缺陷,实现Ti6Al4V和SS316L可靠连接,加入中间金属Cu阻碍Fe-Ti金属间化合物的形成。为降低界面Fe-Ti金属间化合物的含量,确定单道沉积层Cu和SS316L的电子束流、扫描速度和送丝速度分别为25m A、500mm/min、1400mm/min和30m A、350mm/min、1800mm/min时,界面熔池重熔作用最小,能最大程度稀释熔池内Ti原子含量。在该参数下制备的Ti6Al4V/Cu/SS316L多金属材料基本可实现连接。然而,Ti6Al4V/Cu界面存在Ti2Cu、Ti Cu、Ti Cu2Al（τ1）和Cu3Ti等复杂的Cu-Ti金属间化合物以及枝状富铜固溶体ε-Cu,Cu/SS316L界面也存在少量的Fe2Ti。在多金属材料硬度分布中最大硬度位于Ti6Al4V/Cu界面过渡区,与Ti6Al4V/S316L双金属界面相比,硬度降低至490HV。然而Ti6Al4V/Cu界面大量的Cu-Ti金属间化合物依然对材料的拉伸强度造成不良影响,最高强度仅为151.4MPa,但在界面熔池匙孔的钉扎效应和硬脆金属间化合物作用下,其剪切强度可达到196.5±2.2MPa。
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