界面织构强韧化钛合金钎焊接头的作用机理

Based on the EET, the ration of (lattice electron / covalent electrons) and the value of lattice electron will be calculated. And the optimized composition of Ti-Zr-Cu-Ni brazing filler will be obtained. Followingly, the balance of the strength and the ductility of the brazing joint will be achieved by the optimization of the interface microstructure and the texture orientation. The research results will enrich the traditional welding metallurgy theory. This project has important engineering application value for solving the brittleness problem of titanium alloy brazing joint and promoting the development of brazing technology for thin-walled titanium alloy components.

本项目将利用固体与分子经验电子理论进行钎料合金的成分设计，得到较高（晶格电子/共价电子）比值、同时较高共价电子对应的Ti-Zr-Cu-Ni钎料的成分配比，并通过钎焊实验优化接头微观组织和织构取向及其分布，在保证钎焊接头足够强度的前提下明显降低接头脆性，并揭示理想织构的形成条件及其对接头强韧化作用机理。项目具有重要的研究价值。研究成果对于解决钛合金钎焊接头脆性问题，促进薄壁钛合金构件的钎焊制造技术的发展，具有重要的工程应用价值。

本项目运用了EET理论（固体与分子经验电子理论）开展高强度且韧性的新型钛基钎料合金即Ti-Zr-Cu-Ni体系合金成分设计，建立了Ti-Zr-Cu-Ni 体系四元钎料合金的价电子结构计算模型；利用模型调整成分配比提出（晶格电子/共价电子）比值较高、且共价电子数目较大所对应的钎料成分，即Ti-(12-15)Zr-15Cu-15Ni和Ti-(17-20)Zr-15Cu-15Ni wt.%。在此基础上，结合钎焊工艺参数优化的方法改善钎焊接头微观组织和织构，获得优异织构的取向为<110>，其正对应密排六方晶体结构的<11-20>取向。该取向织构有利于钎焊接头获得较高拉伸强度且良好塑性。故，获得了优异性能的钛合金钎焊接头，即钎焊TC4钛合金试样的室温强度不低于基体强度的90%，分别为967 MPa、965 MPa、967 MPa和969MPa；室温延伸率结果依次为13.1%、12.7%及12.5%，且断裂发生于钛合金基体、断口呈现韧窝形貌。本研究获得的高强韧钛基钎料成分以及通过界面织构控制钛合金接头强韧性的界面组织调控方法，可以显著提高常规钛合金钎焊接头强度和改善界面脆性问题，有望应用于在役飞机壁板用钛合金蜂窝产品并推广应用于其他国防领域的钛合金复杂薄壁结构件的钎焊制造方面。