摘要：通过对硬质合金(yg8) 与钛合金(ta15)异种材料焊接工艺问题的分析，采用塑性较好的cu作为中间层来缓解ta15厂yg8的接
头热应力。在焊接温度为860℃ 。压力为5 mpa，扩散焊接时间分别为1o，20，3o，5o，60 min的条件下，研究yg8与ta15的扩散焊工
艺．分析了yg8与ta15连接界面的原子扩散机制、反应相生成及其分布规律。结果表明，yg8／cu界面呈一条亮线，结合良好，而
ta15／cu界面由于生成层状分布的脆性金属间化合物而出现裂纹。剪切试验时接头也是在此界面断开。在扩散焊接时间为60 rain时接头
抗剪强度达到116 mpa。为硬质合金与钛合金复合构件的生产应用提供了理论研究基础。
关键词：真空扩散连接；硬质合金；钛合金；中间相
中图分类号：1ig453．9 文献标识码：a
yg8硬质合金属于wc—co系硬质合金，由于co是金属中与
c相容性最好的金属元素之一。co熔液对碳的润湿角 为50。一
7oo，故co作为粘结相对wc具有良好的润湿性，可使yg8获得
良好的物理、力学性能Ⅲ．但硬质合金较脆，抗冲击性差，加
工困难．因此．在实际应用中往往将其与韧性好、易加工的金
属材料连接成为复合部件使用。ta15是一种新型的近or．型中强
度钛合金．名义成分为ti一6．5a1—2zr-1mo一1v i2]， 有着较好的
综合力学性能．可作为飞机结构的主要用材，用来制造飞机隔
框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件，在飞
机结构中有着广阔的应用前景e3]，其与yg8连接的复合构件，
可充分发挥两者的性能优势。但yg8与ta15的线膨胀系数相差
较大(yg8为4_5xl0-6 m／k。ta15为8．oxlo m／k)。焊接过程
中．由于热失配产生的热应力往往会导致在yg8／ta15界面上
或yg8中产生裂纹． 从而严重影响接头的力学性能。加之
ta15活性大，易氧化，熔焊焊接性差。由此可见，yg8／ta15
冶金焊接性与工艺焊接性的较大差异是两者可靠连接的瓶颈。
针对硬质合金与金属连接易产生应力的问题，国内外相关
的研究大都集中在中间过渡层的选取上。ti6a14v钛合金与
wc—co硬质合金的摩擦焊可以采用纯nj作为中间过渡层e41。
wc—co类硬质合金和工具钢的扩散焊可以采用fe—ni作沩中间
过渡层i5]，均在应力缓释方面获得良好的效果。使用热等静压
扩散连接方法，采用ni箔作为中间过渡层实现了硬质合金与工
业纯铁、q235钢、45钢、tio钢良好的冶金结合i6]。针对硬质合
金与钢连接界面易形成有害的11相，使结合部位抗弯强度降低
的问题，tig焊时，采用ni—fe—c焊丝，避免了11相的形成，从
收稿13期：2007—03—29；修回13期：2007—08—17
而提高了接头的力学性能et]。基于以上的研究基础，本试验拟
采用塑性更好的cu箔代替 作为应力缓释层．研究了yg8与
ta15的真空扩散焊工艺，分析了yg8／ta15接头连接界面的原
子扩散机制、反应相生成及其分布规律。
1 研究方案
试验用ta15的规格为39 mmx26 mm x4 mm．其化学成分
见表1。yg8的规格为24 mm~14 mmx2 mm， 含有 (co)8％
和 (wc)92％采用cu作为中间层材料，厚度为0．1 mm。
表1 试验材料的化学成分 (质量分数) (％)
材料 al mo v zr c fe h si o n 其它
ta15 5．5—7．0 0．2~2．0 0．8~2．5 1．5~2．5 o．1 0．25 0．015 0．15 0．15 0．03 0_3 ba1．
焊前依次用32 ，5 ，1 200 和1 5oo#的sic砂纸打磨2个
试样的待焊面至平整，并去除试样和cu表面的氧化膜，采用
trio0粗糙度仪测量表面r <0．2 m后，用去离子水超声波清
洗cu和yg8 3—5 min，keller试剂(hf 2 ml，hc1 3 ml，
hno3 15 ml，h2o 190 ml)清洗ta15 1—2 min， 乙醇超声波
清洗3—5 min后，再存放于乙醇中待焊。
试验用f