工程科学学报，第39卷，第7期：1036-1040,2017年7月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.7:1036-1040,July 2017 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.008:http://journals..ustb.edu.cn Ti6Al4V和A2A12的扩散连接界面组织及力学性能 黄西娜，郎利辉四，王 刚，段文 北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191 ☒通信作者，E-mail:lang@buaa.edu.cn 摘要采用热等静压(HP)工艺连接A2A12和T6A4V两种不同的航空航天用材料.利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍 射仪观察连接过渡区的微观组织和组成的演化，并测试其主要的力学性能.结果表明：采用热等静压制备这两种材料的界面 连接好：T/A1反应层界面处形成了不同的金属间化合物，例如，A山，Ti、TiAL和TiA;连接接头处硬度为163HV,界面连接处剪 切强度达到了23MP,比只添加镀层而无中间层的连接强度提高了约17.9%，但低于带有中间层的连接强度.由于过烧和孔 隙的形成使得断裂方式是脆性断裂.由此可知，在热等静压成形过程中异种材料的元素发生了相互扩散，在扩散连接处形成 了不同的金属间化合物，这些金属间化合物影响连接处的力学性能 关键词热等静压：扩散连接：微观组织：剪切强度：硬度 分类号TG146.2 Microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V and Al2A12 diffusion bonding interface HUANG Xi-na,LANG Li-hui,WANG Gang,DUAN Wen School of Mechanical Engineeringand Automation,Beihang University,Beijing 100191,China Corresponding author,E-mail:lang@buaa.edu.cn ABSTRACT Hot isostatic pressing (HIP)was used to join two dissimilar aerospace alloys,namely Al2A12 and Ti6Al4V,for the first time.The microstructure and compositional evolutions were evaluated in the joint interface by scanning electron microscopy,ener- gy dispersive spectroscopy,and X-ray diffraction.The microhardness and shear strength tests were applied to study the mechanical properties of the joints.As a result,different intermetallic compounds (e.g.,Al,Ti,TiAl,and TiAl)form in the reaction layer of Ti/Al.The findings show that the microhardness value of the joint region is 163 HV.The highest strength in the bonding zone is 23 MPa,which exhibites a 17.9%improvement compared to that only with Cu coating,but is lower than the bonding strength with the in- terlayer.The fracture mode is brittle fracture due to overburden and void formation.The elements of dissimilar materials diffuse into each other during the HIP.Furthermore,various intermetallic compounds form at the interface,which affects the mechanical proper- ties of the joints. KEY WORDS hot isostatic pressing:diffusion bonding:microstructure:shear strength:microhardness 随着结构件功能性需求的日益增强，功能结构一 能、减震等多种性能.2A12铝合金（A2A12)和 体化材料在很多领域引起了人们的重视，尤其是在航T6A4V钛合金因为它们的低密度、高比强度和良好 空、航天、汽车和军事工业领域.以军用飞机结构件为 的耐蚀性而广泛用于航空航天领域习.在一些特殊 例，新型材料要求具有高的飞行速度、长的寿命、隐身 的结构件中，将A12A12和Ti6A4V连接到一起使用对 性能等，要求飞机关键零部件在具有传统高强度和高 于提高结构件的性能、减轻重量和降低成本具有重大 刚度的基础上具有质量轻、耐高温、防腐蚀、抗摩擦、吸 的意义0.Ti6A4V是目前研究和应用最多的钛合金 收稿日期：2016-一11一10工程科学学报，第 39 卷，第 7 期: 1036--1040，2017 年 7 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 7: 1036--1040，July 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 07． 008; http: / /journals． ustb． edu． cn Ti6Al4V 和 Al2A12 的扩散连接界面组织及力学性能 黄西娜，郎利辉，王 刚，段 文 北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191 通信作者，E-mail: lang@ buaa． edu． cn 摘 要 采用热等静压( HIP) 工艺连接 Al2A12 和 Ti6Al4V 两种不同的航空航天用材料． 利用扫描电镜、能谱仪和 X 射线衍 射仪观察连接过渡区的微观组织和组成的演化，并测试其主要的力学性能． 结果表明: 采用热等静压制备这两种材料的界面 连接好; Ti /Al 反应层界面处形成了不同的金属间化合物，例如，Al3Ti、TiAl2和 TiAl; 连接接头处硬度为 163 HV，界面连接处剪 切强度达到了 23 MPa，比只添加镀层而无中间层的连接强度提高了约 17. 9% ，但低于带有中间层的连接强度． 由于过烧和孔 隙的形成使得断裂方式是脆性断裂． 由此可知，在热等静压成形过程中异种材料的元素发生了相互扩散，在扩散连接处形成 了不同的金属间化合物，这些金属间化合物影响连接处的力学性能． 关键词 热等静压; 扩散连接; 微观组织; 剪切强度; 硬度 分类号 TG146. 2 Microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V and Al2A12 diffusion bonding interface HUANG Xi-na，LANG Li-hui ，WANG Gang，DUAN Wen School of Mechanical Engineeringand Automation，Beihang University，Beijing 100191，China Corresponding author，E-mail: lang@ buaa． edu． cn ABSTＲACT Hot isostatic pressing ( HIP) was used to join two dissimilar aerospace alloys，namely Al2A12 and Ti6Al4V，for the first time． The microstructure and compositional evolutions were evaluated in the joint interface by scanning electron microscopy，ener￾gy dispersive spectroscopy，and X-ray diffraction． The microhardness and shear strength tests were applied to study the mechanical properties of the joints． As a result，different intermetallic compounds ( e． g． ，Al3Ti，TiAl2，and TiAl) form in the reaction layer of Ti /Al． The findings show that the microhardness value of the joint region is 163 HV． The highest strength in the bonding zone is 23 MPa，which exhibites a 17. 9% improvement compared to that only with Cu coating，but is lower than the bonding strength with the in￾terlayer． The fracture mode is brittle fracture due to overburden and void formation． The elements of dissimilar materials diffuse into each other during the HIP． Furthermore，various intermetallic compounds form at the interface，which affects the mechanical proper￾ties of the joints． KEY WOＲDS hot isostatic pressing; diffusion bonding; microstructure; shear strength; microhardness 收稿日期: 2016--11--10 随着结构件功能性需求的日益增强，功能结构一 体化材料在很多领域引起了人们的重视，尤其是在航 空、航天、汽车和军事工业领域． 以军用飞机结构件为 例，新型材料要求具有高的飞行速度、长的寿命、隐身 性能等，要求飞机关键零部件在具有传统高强度和高 刚度的基础上具有质量轻、耐高温、防腐蚀、抗摩擦、吸 能、减 震 等 多 种 性 能． 2A12 铝 合 金 ( Al2A12 ) 和 Ti6Al4V 钛合金因为它们的低密度、高比强度和良好 的耐蚀性而广泛用于航空航天领域［1--3］． 在一些特殊 的结构件中，将 Al2A12 和 Ti6Al4V 连接到一起使用对 于提高结构件的性能、减轻重量和降低成本具有重大 的意义［4］． Ti6Al4V 是目前研究和应用最多的钛合金