AMSE 材料科学与工程的发展 1687 - 8442 1687 - 8434 Hindawi 10.1155 / 2021/5601970 5601970 研究文章 调查处理地图上的扩散连接工艺参数Ti-6Al-4 V / AISI304不同的关节 https://orcid.org/0000 - 0003 - 4326 - 0198 阿伦Negemiya 一个。 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 3605 - 3043 Shankar a . N。 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8219 - 9847 Guruprasad B。 3 普拉卡什 B。 4 https://orcid.org/0000 - 0002 - 3717 - 8705 Dineshkumar 年代。 5 https://orcid.org/0000 - 0001 - 7556 - 2022 巴图 Areda 6 https://orcid.org/0000 - 0001 - 8011 - 4961 Rajakumar 年代。 7 罗 挚萍 1 机械工程系 斯里兰卡Shakthi工程与技术学院 哥印拜陀641 062 泰米尔纳德邦 印度 siet.ac.in 2 HSE部门和土木工程 石油大学&乌能源研究 乌吉 印度 upes.ac.in 3 机械工程系 Alagappa Chettiar政府工程与技术学院 Karaikudi Tamilnadu 印度 accetedu.in 4 机械工程系 k . Ramakrishnan工程学院 Samayapuram Trichy 印度 ritindia.edu 5 电气电子工程系 m . Kumarasamy工程学院 Karur Tamilnadu 印度 6 化学工程学系 生物与化学工程学院 亚的斯亚贝巴科技大学 埃塞俄比亚 aastu.edu.et 7 加入与材料研究中心(CEMAJOR) 制造工程部门 Annamalai大学 Annamalai Nagar 608 002 泰米尔纳德邦 印度 annamalaiuniversity.ac.in 2021年 12 10 2021年 2021年 3 8 2021年 30. 9 2021年 12 10 2021年 2021年 版权©2021 A。阿伦Negemiya et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

扩散连接(DB)方法用于这个调查异种材料连接高温。的存在很难氧化钛表面涂料,以及易碎物品的安排债券地区,氧化金属夹层和外壳提供了最重要的挑战在过渡从AISI304 Ti-6Al-4V合金化。此外,努力推进了DB处理地图的操作连接Ti-6Al-4V AISI304合金来提高它们的性能。关节已经创建通过结合几个过程的因素,如焊接温度(T)、焊接压力(P),和保持时间(T)来创建不同的设计。基于研究结果,数据库处理地图创建。这组处理地图可用作一个粗略的指南,以选择适当的DB工艺参数之间产生良性的债券Ti-6Al-4V和AISI304合金。最大的搭接剪切强度(LSS)达到800°C, 15 MPa, 45分钟。

 1。介绍

高温合金已成为更重要的是在航空应用中由于其高强度重量比和耐腐蚀,等( 1- - - - - - 3]。极端的速度造成危险的机器和表面温度高。在这种环境下,钛合金比铝合金或其他适当的轻量级的金属合金由于钛合金维护优良的质量和可靠性,同时适度高温的环境中操作。他们可能会结合各种不同类型的钢提供多功能的应用程序。很难达到一个健壮的焊接钢/钛双金属结构由于视角的局限性( 4- - - - - - 6]。

钛合金的物理性质的不同(Ti)和不锈钢(SS)可能产生明显的应力分布和显微结构的非线性两种金属的界面区。TIG(钨极惰性气体保护焊)未能满足航空联合需求由于微裂缝,应变时效开裂,和其他缺陷 7]。此外,结构性变化发生在焊缝和热影响区(热影响区),导致减少机械特性,耐腐蚀,抗氧化 8- - - - - - 11]。数据库已被广泛接受为高温合金连接技术来创建复杂结构与减轻重量和制造成本相比完全安全的结构。DB是许多可用的加入方法之一( 12- - - - - - 15]。创建关节没有缺陷,焊接过程大大提高了在处理高温材料。

然而,只有少量的研究已经完成在这个特定领域,异种材料的连接高温。处理地图铝/镁合金由Fernandus et al .,,这些地图包括组件(t t)和压力组件(- t) [ 16- - - - - - 19]。马亨德兰等人开发的数据库处理地图结合Mg-Cu和Mg-Al不同金属( 20., 21]。DB处理地图的建设连接Ti-SS不同材料不确定在任何发表的文学作品。焊接工程师作为参考地图,本文描述了系统创建DB处理所涉及的地图(- t)和(t t)图的实际装配高温不同材料(Ti-6Al-4 V / AISI304)。

 2。实验方法

DB的基本材料是标本AISI304和Ti-6Al-4V滚,这都是不锈钢( 22, 23]。板是5平方厘米和5毫米厚,厚度5毫米。表 1和 2提供的信息基本金属的化学形态和力学特性,分别。图 1光学显微图显示生成的基本金属用电子显微镜。柱状颗粒的存在在整个发展路线如图 1(一)。因为Ti-6Al-4V二进制段合金,包括图 1(一)给出了一个晶粒 α以粒间(浅色)阶段 β(深色) 24]。碳化物沉淀的屁股显微照片可以看到图 1 (b)也( 25]。

贱金属的化学成分(wt %)。

合金 Cr 艾尔 “透明国际” 菲 锰 如果 倪 P V 年代
Ti-6Al-4V - - - - - - 6 落下帷幕 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 - - - - - -
AISI304 20. - - - - - - - - - - - - 落下帷幕 2 1 10 0.045 - - - - - - 0.03

贱金属的机械性能。

合金 0.2%屈服强度(MPa) 极限抗拉强度(MPa) %的伸长
Ti-6Al-4V 880年 950年 14
AISI304 215年 505年 30.

基础材料的光学显微镜图:Ti-6Al-4V (a)和(b) AISI304。

DB是一种固态连接方法,在两个准备表面粘合在高压力和温度从50%到80%不等Tm (Tm是由评估基础材料的熔化温度最低)。因为压力通常是对收益质量的因素,没有宏观变形。当谈到DB,占用时间从几分钟到数小时不等。DB的材料已经生产,固定在一个死,并存储在一个数据库建立在竞争的开始。DB机的方案设计是显示在图 2。

原理图的扩散连接的机器。

焊接过程利用高温DB机器。在准备DB,标本的粘结表面地面持平使用120 - 1000 #毅力SiC金刚砂(碳化硅)表,用丙酮洗净。DB是由许多组件,包括加热室、冷却系统、液压系统、真空泵。数据库创建的样本的照片如图所示 3。当测量LSS(搭接剪切强度)的债券,这是能够确定债券的优势和稳健( 26]。是决定把搭接剪切拉伸试验采取行动来确定接头的剪切强度。原因关节缺乏足够的常规LSS测试、非标准技术被设计来确定债券的LSS。

扩散连接接头。

LSS试样的尺寸和图片,创建使用EDM电火花(电火花加工),如图所示 4。提取显微组织分析标本用EDM电火花产生,然后抛光使用标准的技术,如带抛光,光盘抛光,抛光,之前被用于这项研究。表面是抛光镜面光泽使用粒度的碳化硅砂纸2500,这是通常的金相方法。是决定使用凯勒钛合金方面,试剂由85毫升的H2哦,10 mL高频,5毫升HNO3,304的屁股一边,由20毫升HNO3和60毫升盐酸。

搭接剪切拉伸试样的细节。

 3所示。结果与讨论

优质债券是实现通过仔细选择DB流程变量影响界面结构,化合物的形成,和形状。

三个数据库过程中最关键的工艺参数是时间,温度和压力。创建必要的尺寸的例子使用的基本材料AISI304和Ti-6Al-4V作为起点 27- - - - - - 29日]。后所有的徒劳尝试DB Ti / SS,缺点是识别和纠正通过提高焊接温度,增加了持有时间长达120分钟,清洗和综合治疗交配表面DB之前尽快。生产关节,35 DB创建过程实验,每个包含一个不同的组合过程参数( 30.- - - - - - 33]。

下面的结论是由试验结果见表 3:

当钛和不锈钢合金的温度为700°C和它下面,没有发生亲密关系;这是由于缺乏足够的温度扩散发生(图 5(一个))。

如果温度超过950°C,焊接压力下降几秒钟后由于不锈钢合金在高温变形(图 5 (b))。

证明不是拿不到10 MPa压力时发生。这是基于这样的事实,只有那么多的联系主要通过分子可以平均扩散(图 5 (c))。

当压力超过20 MPa,材料塑性变形,导致损失厚度和突出的外部限制(图 5 (d))。

如果时间短于10分钟,没有持有自扩散发生没有足够的时间来考虑(图 5 (e))。

发现不锈钢合金的变形发生极端的观点是如果开发的时间超过90分钟(图 5 (f))。

实验条件Ti-6Al-4 V / AISI304债券。

联合。 T (°C) P (MPa) t(分钟) 键(是/否) LSS (MPa)
1 700年 5 15 没有 - - - - - -
2 750年 5 30. 没有 - - - - - -
3 750年 10 60 是的 118年
4 750年 10 90年 是的 124年
5 750年 10 120年 没有 - - - - - -
6 750年 15 40 是的 110年
7 750年 15 90年 是的 130年
8 750年 20. 15 没有 - - - - - -
9 750年 20. 40 是的 118年
10 750年 20. 90年 是的 132年
11 750年 25 15 没有 - - - - - -
12 800年 10 30. 是的 130年
13 800年 10 50 是的 135年
14 800年 10 60 没有 - - - - - -
15 800年 15 25 是的 116年
16 800年 15 45 是的 144年
17 800年 20. 20. 是的 136年
18 800年 20. 40 是的 134年
19 850年 10 20. 是的 122年
20. 850年 10 30. 是的 120年
21 850年 10 40 没有 - - - - - -
22 850年 15 10 是的 124年
23 850年 15 25 是的 114年
24 850年 20. 10 是的 118年
25 850年 20. 20. 是的 120年
26 900年 5 10 没有 - - - - - -
27 900年 10 10 没有 - - - - - -
28 900年 10 20. 是的 110年
29日 900年 10 30. 没有 - - - - - -
30. 900年 15 10 是的 125年
31日 900年 15 20. 没有 - - - - - -
32 900年 20. 10 是的 115年
33 900年 20. 20. 没有 - - - - - -
34 950年 10 20. 是的 112年
35 1000年 15 10 没有 - - - - - -

扩散债券组合使用上下扩散限制保税Ti-6Al-4 V / AISI304工艺参数。(一)温度< 750°C。(b)温度> 950°C。(c) < 10 MPa的压力。(d) > 20 MPa的压力。(e) < 10分钟的时间。(f) > 90分钟的时间。

在原点Pro软件的帮助下(2016年版),温度和pressure-time处理地图创建的数据表 3试用焊接工程师,处理地图作为一种指南选择最优工艺参数数据库获取良好的债券。

3.1。发展中温度图

焊接温度范围从750到950°C,成键范围从10到20 MPa的压力,和持有期范围从10到90分钟,导致DB AISI304和ti - 64之间。通过绘图上的温度 Y设在和时间的 X设在,t t地图制作。持有时间和焊接温度是不同的,同时保持持续10 MPa的压力来确定准备(工作)的限制。研究试图尽可能多地了解15和20 MPa压力,分别,这项研究结果发表。他们是用来创建一个t t图3键合压力,焦点,如图所示 6。评估中的DB工艺参数t t图经常导致优秀的控股AISI304和ti - 64之间,这是通过几个进一步测试后确认。使用t t图,可以得出以下推论。当压力增加,形成强大的连接所需的时间减少,不管所使用的焊接温度。形成巨大的债券在最极端最低温度,和他们保持不变,不管压力 34]。

温度=时间(tt)图。(一)10 MPa。(b) 15 MPa。(c) 20 MPa。

 3.2。开发一个Pressure-Time图

- t图是由策划的压力 Y设在和时间的 X设在。持有时间和压力变化在750°C的恒定的温度来确定处理(工作)的限制。同时,发现尽可能多的研究都集中在800°C的温度,850°C,分别和900°C。每一个焦点被用来构建- t图的四个温度,如图所示 7。这进一步证实了实施几个测试识别后的DB - t图中的工艺参数之间不断产生优秀的DB AISI304 / Ti-6Al-4V完成和授权。可以推断随行的猜测- t图。如果温度上升,实现债券大幅减少所需的时间增加,独立使用的焊接压力。当温度上升时,处理区域走向 Y设在,地区变得更加凝聚和紧凑。在任何情况下,债券的温度不会影响形成压力。伟大的关系必须用最少的努力和获得最少的紧张。

Pressure-time (- t)图。(一)750°C。(b) 800°C。(c) 850°c。(d) 900°C。

 3.3。界面区域特征

图 8显示界面的光学显微镜图面积AISI304 / Ti-6Al-4V DB在不同波长。金属间化合物的混合物,由扩散层厚度(DLT)被用来创建DLT。金属间化合物的发展逐渐和一步一步债券不同的关节区温度提高。没有有害影响分子的结合展览专用金属间化合物的混合物;事实上,它可能有助于加强联合显示。然而,低温扩散、薄层厚度,创建更少的金属间化合物的混合物都是因素,导致在低温下接头质量差。在理想的情况下,足够的DLT和大量的混合生产,这有助于提高关节的整体质量。金属间化合物复合材料除了事实没有统一,形成一个完整的身体,他们不影响联合折叠和质量。可以肯定的是,在更大的温度和保温时间,金属颗粒之间的关系将发生,导致的DLT扩展到超过9微米。扩大层厚度会导致显著增加脆弱和内心的担忧,导致减少关节的柔软和质量的扩张。 In the context of matching shear quality outcomes and DLT, it is understood that both limited DLT (Figure 8(一))和非常广泛的DLT(图 8(f))负责剪切质量差的结果(关节6 - 34)。图 8(e)表明DLT必须优化得到更大的剪切强度(联合16)。

界面区域的光学显微镜图Ti-6Al-4 V / AISI304债券。

 4所示。结论

大约35岁,曾试图从AISI304 / Ti-6Al-4V制造不同的关节。基于这些结果,各种数据库的工艺参数对高温材料识别和使用的试验。处理地图- t图,和t t图创建使用这些方法设置。焊接工程师处理地图作为参考地图选择最适当的DB过程设置来实现高质量的债券。在这项研究中,我们发现,焊接温度的800°C,键15 MPa的压力,保持45分钟的时候导致抗剪强度最高,因为理想的发展厚DL在两种不同的合金的界面产生剪切强度升高。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

 信息披露

执行这项工作的一部分亚的斯亚贝巴科技大学的就业,埃塞俄比亚。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 库克 k . O。 理查森 一个。 汗 t . I。 莎尔 m·A。 高温扩散粘结Ti-6Al-4V和super-duplex不锈钢使用铜层间嵌入氧化铝纳米颗粒 《制造材料加工 2020年 4 10.3390 / jmmp4010003 阿伦Negemiya 一个。 Rajakumar 年代。 Balasubramanian V。 奥氏体不锈钢的高温扩散粘结钛不同的关节 材料研究表达 2019年 6 1 10 10.1088 / 2053 - 1591 / ab1053 2 - s2.0 - 85064469676 王 X。 陈 H。 刘 H。 李 P。 严 Z。 黄 C。 赵 Z。 顾 Y。 模拟和优化之间的连续激光透射焊接宠物和钛通过有限元,RSM、GA和实验 光学和激光工程 2013年 51 11 1245年 1254年 10.1016 / j.optlaseng.2013.04.021 2 - s2.0 - 84879086337 Zakipour 年代。 Samavatian M。 Halvaee 一个。 Amadeh 一个。 Khodabandeh 一个。 夹层厚度的影响在液态扩散连接不同的不锈钢316 / Ti-6Al-4V系统的行为 材料的信件 2015年 142年 168年 171年 10.1016 / j.matlet.2014.11.158 2 - s2.0 - 84919470565 Szwed B。 Konieczny M。 结构性变化在扩散粘结的形成钛和不锈钢之间的关节 IOP会议系列:材料科学与工程 2018年 461年 10.1088 / 1757 - 899 x / 461/1/012082 2 - s2.0 - 85059438798 莫 d F。 首歌 t F。 方 y . J。 江 x。 罗 c . Q。 辛普森 m D。 罗 z . P。 回顾钛合金和不锈钢之间的扩散连接 《材料科学与工程 2018年 2018年 15 8701890 10.1155 / 2018/8701890 2 - s2.0 - 85054372313 Kiaee N。 Aghaie-Khafri M。 钨极惰性气体保护电弧焊过程,通过响应面优化方法 材料和设计 2014年 54 25 31日 10.1016 / j.matdes.2013.08.032 2 - s2.0 - 84883793482 Ananthakumar K。 库玛 年代。 实验调查和预测最佳工艺参数对等离子体辅助扩散连接的商业纯钛和奥氏体不锈钢 阿拉伯科学与工程》杂志上 2019年 44 2 1017年 1032年 10.1007 / s13369 - 018 - 3384 - y 2 - s2.0 - 85059937276 Atieh a . M。 汗 t . I。 工艺参数影响半固态TLP Ti-6Al-4V Mg-AZ31的结合 材料科学杂志 2013年 48 19 6737年 6745年 10.1007 / s10853 - 013 - 7475 - 6 2 - s2.0 - 84880796420 Alhazaa 一个。 Haneklaus N。 Almutairi Z。 脉冲pressure-assisted扩散连接(IPADB):回顾和展望 金属 2021年 11 1 9 10.3390 / met11020323 沙玛 G。 德维威迪 d·K。 304奥氏体不锈钢用压力脉冲的扩散连接 今天材料:诉讼 2021年 44 2135年 2141年 10.1016 / j.matpr.2020.12.275 Chandrappa K。 库马尔 一个。 Shubham K。 目前的趋势在钛合金扩散连接不锈钢与铝合金夹层 先进的工程研究的各个方面 2021年 4 115年 122年 10.9734 / bpi / aa / v4/7649d Saranam 诉R。 ·穆兰尼 B。 他 一个。 Srenevas 年代。 埃文斯 C。 保罗 b K。 扩散接合表面地形影响的316不锈钢 材料加工技术杂志》上 2021年 296年 117173年 10.1016 / j.jmatprotec.2021.117173 阿伦Negemiya 一个。 Rajakumar 年代。 Balasubramanian V。 优化Ti-6Al-4V / AISI304扩散连接工艺参数用RSM和PSO算法 多学科建模在材料和结构 2019年 15 6 1037年 1052年 10.1108 /嗯- 07 - 2018 - 0134 2 - s2.0 - 85068142790 Rajakumar 年代。 Balasubramanian V。 扩散接合的钛和AA 7075铝合金不同joints-process建模和优化使用愿望的方法 国际先进制造技术杂志》上 2016年 86年 1 - 4 1095年 1112年 10.1007 / s00170 - 015 - 8223 - 7 2 - s2.0 - 84953265756 Balasubramanian M。 发展扩散连接的处理windows Ti-6Al-4V钛合金与银和304不锈钢作为中间层 中国有色金属协会的事务 2015年 25 9 2932年 2938年 10.1016 / s1003 - 6326 (15) 63919 - x 2 - s2.0 - 84943413231 Balasubramanian V。 Fernandus m·J。 Senthilkumar T。 开发处理windows异种材料扩散连接铝/镁 世界上焊接 2013年 57 4 523年 539年 10.1007 / s40194 - 013 - 0048 - 0 2 - s2.0 - 84878987881 Elatharasan G。 库马尔 v . S . S。 建模和优化不同的铝合金的搅拌摩擦焊接参数用RSM Procedia工程 2012年 38 3477年 3481年 10.1016 / j.proeng.2012.06.401 2 - s2.0 - 84899984353 Fernandus m·J。 Senthilkumar T。 Balasubramanian V。 开发用于扩散连接温度和pressure-time图AZ31B镁和AA6061铝合金 事务的印度理工学院金属 2013年 66年 2 177年 183年 10.1007 / s12666 - 013 - 0240 - 3 2 - s2.0 - 84876285951 有关 G。 Balasubramanian V。 Senthilvelan T。 发展扩散粘结windows加入AZ31B镁和铜合金 国际先进制造技术杂志》上 2009年 42 7 - 8 689年 695年 10.1007 / s00170 - 008 - 1645 - 8 2 - s2.0 - 67349258313 有关 G。 Balasubramanian V。 Senthilvelan T。 发展扩散粘结windows加入AZ31B magnesium-AA2024铝合金 材料和设计 2009年 30. 4 1240年 1244年 10.1016 / j.matdes.2008.06.015 2 - s2.0 - 57249103718 阿伦Negemiya 一个。 Rajakumar 年代。 Balasubramanian V。 优化扩散接合参数Ti-6Al-4V / AISI304关节 2019年 美国加州森尼维尔市 兰伯特学术出版 阿伦Negemiya 一个。 Rajakumar 年代。 Balasubramanian V。 扩散焊接钛合金的奥氏体不锈钢使用铜作为夹层 SN应用科学 2019年 1 1 9 10.1007 / s42452 - 019 - 1189 - 6 Vigraman T。 文德兰花 D。 他 R。 相变的影响和金属间化合物的化合物的微观结构和抗拉强度性能diffusion-bonded关节Ti-6Al-4V和AISI 304 l的之间 材料和设计 2012年 36 714年 727年 10.1016 / j.matdes.2011.12.024 2 - s2.0 - 84855738041 辛格 k P。 帕特尔 一个。 Bhope K。 Khirwadkar 美国年代。 梅塔 M。 扩散连接参数的优化SS316L / CuCrZr有或没有镍层间 融合工程和设计 2016年 112年 274年 282年 10.1016 / j.fusengdes.2016.09.004 2 - s2.0 - 84994351556 Sagai弗朗西斯Britto 一个。 埃德温·拉杰 R。 卡罗琳梅布尔 M。 机械强度的预测和优化扩散债券使用集成ANN-GA方法与过程变量和金相特征 《生产流程 2018年 32 828年 838年 10.1016 / j.jmapro.2018.04.015 2 - s2.0 - 85046007453 Benyounis k . Y。 Olabi a·G。 几声 m . s . J。 Multi-response优化的CO2激光焊接奥氏体不锈钢的过程 光学与激光技术 2008年 40 1 76年 87年 10.1016 / j.optlastec.2007.03.009 2 - s2.0 - 34548583352 Benyounis k . Y。 Olabi a·G。 几声 m . s . J。 优化的激光焊接对接接头用RSM中碳钢 材料加工技术杂志》上 2005年 164 - 165 986年 989年 10.1016 / j.jmatprotec.2005.02.067 2 - s2.0 - 17844385588 Elatharasan G。 库马尔 v . S . S。 实验分析和优化工艺参数对搅拌摩擦焊用RSM AA 6061 - t6铝合金 Procedia工程 2013年 64年 1227年 1234年 10.1016 / j.proeng.2013.09.202 2 - s2.0 - 84891811716 Lakshminarayanan 答:K。 Annamalai 诉E。 Elangovan K。 识别最佳搅拌摩擦点焊工艺参数控制的属性低碳汽车钢关节 材料研究和技术杂志》上 2015年 4 3 262年 272年 10.1016 / j.jmrt.2015.01.001 2 - s2.0 - 84939122539 Plaine a . H。 冈萨雷斯 a。R。 Suhuddin 美国f . H。 多斯桑托斯 j·F。 阿尔坎塔拉 n G。 摩擦点焊工艺参数的优化AA6181-T4和Ti6Al4V不同的关节 材料和设计 2015年 83年 36 41 10.1016 / j.matdes.2015.05.082 2 - s2.0 - 84941274875 Gnanasekaran 年代。 Padmanaban G。 Balasubramanian V。 库马尔 H。 艾伯特 美国K。 优化激光参数在镍基耐磨堆焊表面硬度达到最大 材料的力学行为杂志》上 2017年 26 3 - 4 113年 125年 10.1515 / jmbm - 2017 - 0020 2 - s2.0 - 85037667227 Chelladurai 美国j·S。 基于 K。 雷 答:P。 Upadhyaya M。 Narasimharaj V。 Gnanasekaran 年代。 优化工艺参数使用响应面方法:审查 今天材料:诉讼 2021年 37 1301年 1304年 10.1016 / j.matpr.2020.06.466 约瑟夫Fernandus M。 Senthilkumar T。 Balasubramanian V。 开发用于扩散连接温度和Pressure-Time图AZ80镁和AA6061铝合金 材料和设计 2011年 32 3 1651年 1656年 10.1016 / j.matdes.2010.10.011 2 - s2.0 - 78649885375