魏连峰 李宁 王廷

摘要：使用Cu/V中间层实现了30CrMnSi合金钢与TC4钛合金的电子束焊接，探究了接头组织和性能特征。结果表明，通过添加Cu/V过渡层金属可以避免Ti-Fe元素的直接混合反应生成脆硬的金属间化合物。焊缝不同区域分布着不同组分及性能的特征相，靠近钢侧焊缝为偏聚形成的富Fe相与富Cu相，靠近钛侧焊缝在形成Ti-V固溶体的同时也形成了少量Ti-Cu金属间化合物。接头的抗拉强度最高为418 MPa，接头失效于焊缝与30CrMnSi母材界面处的熔合线位置。

关键词：TC4钛合金;30CrMnSi合金钢;电子束焊接;微观组织

中图分类号：TG456.3      文献标志码：A         文章编号：1001-2003（2021）04-0067-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.04.13

0    前言

现代科技的发展对材料的性能提出了更严苛的要求，异种材料结构因兼具两种或多种材料的优点与特性得到越来越广泛的研究和关注[1-3]。钛合金因具有较好的耐腐蚀性、比强度和热稳定性逐步成为工程材料领域中的一种常用材料，而钢材因成本较低和优异的综合性能也是工业发展不可或缺的部分[4-5]。从工程应用与科学研究的角度，实现钛/钢异种金属的高质量连接，得到兼具两者优良性能的钛/钢复合结构，有明显的研究意义和应用前景[6-7]。

钛/钢因熔点和物理化学性质差异较大以及容易产生Ti-Fe金属间化合物，二者的连接存在明显的困难[8]。为了避免Ti-Fe金属的直接接触与混合，熔化焊时通过尝试使用Cu[9]、V[10]、Nb[8，11]、Mg[12]等不同的过渡金属实现钛合金与钢的连接。杨胜等人[13]通过采用Cu作为中间过渡层实现了TC4钛合金与316L不锈钢的激光焊接，结果发现界面处脆性的Ti-Fe金属间化合物能够明显被Cu中间层抑制，TC4与焊缝界面处发现了明显的连续性Ti-Fe和非连续的Ti-Fe、Ti-Cu金属间化合物，厚度约为60μm。……