《TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼雷射焊接性及質量控制研究》是依託吉林大學，由孫大千擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼雷射焊接性及質量控制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫大千
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
系統研究TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料雷射焊接頭的微觀組織和性能特點；接頭裂紋的特徵及形成機理；雷射焊接參數對接頭微觀組織、力學性能、裂紋敏感性及TiNi合金熱影響區（HAZ）相變點、形狀記憶效應和超彈性的影響規律；焊後熱處理對接頭微觀組織和性能的影響規律；建立TiNi合金與不鏽鋼雷射焊接頭性能與焊接參數間數學模型；從馬氏體相變點（Ms、Mf、As、Af）和微觀組織的變化揭示焊接參數和焊後熱處理對TiNi合金HAZ形狀記憶效應和超彈性的影響機理和TiNi合金與不鏽鋼雷射焊接性特點；最佳化雷射焊接技術，使之能套用於生產實際；實現雷射焊接頭性能（力學性能、形狀記憶效應、超彈性）定量預測和接頭質量控制。本項目研究不僅可豐富了材料焊接基本理論，而且有利於促進異種材料焊接技術的發展，具有重要的理論意義和實用價值，在航空航天、機械電子、醫療等高技術領域具有廣闊的套用前景。
結題摘要
本項目系統地研究了TiNi合金/不鏽鋼異種材料雷射焊接頭的微觀組織和性能特點；接頭裂紋特徵及形成機理；雷射焊接工藝、焊後熱處理及純金屬中間層的影響規律。建立了雷射焊接頭性能與雷射焊參數間數學模型。 研究結果表明，TiNi合金/不鏽鋼雷射焊接頭的化學成分和微觀組織分布是不均勻的。焊縫區由B2、B19’、γ-Fe、TiFe2、TiFe、TiCr2、TiNi3、Ti2Ni相構成，金屬間化合物相主要分布於Ti原子偏聚區。不鏽鋼一側的熔合區具有聯生結晶特點，而TiNi合金一側的熔合區存在脆性金屬間化合物層。TiNi合金熱影響區（HAZ）主要由B2相和B19’相構成，不鏽鋼HAZ主要為γ-Fe、α-Fe 相。雷射焊接頭的抗拉強度平均值為187MPa，接頭彎曲角度幾乎為零。接頭斷裂多發生在TiNi合金側的熔合區，斷口表面可看到微裂紋和氣孔缺陷。接頭力學性能惡化主要與存在大量脆硬的金屬間化合物有關。雷射焊接頭具有高的產生裂紋的敏感性。接頭微裂紋易在TiNi合金側熔合區的脆性金屬化合物層萌生及擴展，裂紋為穿晶和沿晶的混合斷裂模式，具有脆性斷裂特徵。接頭裂紋的產生主要歸因於高的焊接拉應力和接頭組織的脆化。雷射焊脈衝能量較低時，易產生未焊透、未熔合缺陷；隨著脈衝能量的增大，熔深和熔寬增加；過高的脈衝能量和過小的脈衝寬度易導致燒穿缺陷和HAZ晶粒粗化，明顯影響接頭的力學性能和裂紋敏感性。焊接熱輸入對TiNi合金HAZ的相變點（Ms、Mf、As、Af）無明顯影響，HAZ的形狀記憶效應和彈性降低主要歸因於HAZ晶粒粗化。焊後熱處理不能明顯改善雷射焊接頭的組織及性能。改變雷射光斑位置或施加頂鍛力有利於減少脆性的金屬間化合物，改善接頭的性能。研究結果表明，加純金屬（Ti、Co、Cu）中間層是改善TiNi合金/不鏽鋼雷射焊接頭組織與性能的有效途徑。純Cu中間層的效果更為明顯，由於減少脆性的金屬間化合物和形成具有良好塑性的α-Cu固溶體。當Cu中間層厚度為80μm時，接頭抗拉強度和延伸率分別為521MPa和5.1%；接頭彎曲角可達180°而不發生斷裂；接頭TiNi合金HAZ的形狀恢復率大於98%。根據接頭性能與雷射焊參數間數學模型，可最佳化雷射焊參數，實現焊接質量控制。基於本項目研究結果，採用純Cu中間層雷射焊技術成功地研製出用於牙齒正畸治療的TiNi合金與不鏽鋼複合矯治弓絲。
