热加工历史对Ti-24A1-15Nb-1.5Mo/TC11双合金盘焊接界面组织与性能的作用

采用电子束焊连接,随后近等温锻造+梯度热处理的工艺加工Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金盘,通过OM、SEM、TEM、XRD等研究双合金盘的焊接界面状况.结果表明,经此工艺加工的Ti-24A1-15Nb-1.5Mo/TC11双合金盘的高温拉伸性能较优,焊缝的高温强度大于TC11钛合金,但室温拉伸性能分散度较大.采用梯度热处理不能消除经50%变形的双合金盘的焊缝到TC11侧热影响区的晶界α相.焊缝区簇状α_2相的形成与在近等温锻造、梯度热处理加热保温过程中Al、Nb元素从α_2相中分离出来有关.     

改造Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊缝组织与增强连接界面性能的工艺

研究近等温锻造+梯度热处理工艺对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊接接头的显微硬度变化、合金元素扩散趋势、显微组织特征和拉伸性能的影响.结果表明:近等温锻造+梯度热处理能使焊接接头得到强化.经近等温锻造和梯度热处理后焊缝熔合区形成的马氏体α'和α"相分解为α(α2)+β的平衡组织;TC11合金热影响区的魏氏组织转变为网篮组织;试样具有良好的500℃高温综合性能(σb:840 MPa,δ:18.5%,ψ:65%).     

热处理对Ti-22Al-25Nb/TC11双合金焊接接头组织与性能的影响

对经近等温锻造后的Ti-22Al-25Nb/TC11双合金电子束焊接接头进行了梯度热处理与双重热处理,采用OM、TEM观察了Ti-22Al-25Nb/TC11双合金接头界面组织,并对其室温性能进行了对比分析。结果表明,梯度热处理后双合金接头Ti-22Al-25Nb基体析出相以细小颗粒状α2相为主,TC11基体出现网状组织;双重热处理后Ti-22Al-25Nb基体以短棒状的O相为主,TC11基体以魏氏组织为主;双重热处理后Ti-22Al-25Nb/TC11双合金接头的室温力学性能均低于梯度热处理后的双合金接头,这与其焊缝区析出的α相增加有关。因此,梯度热处理优异于双重热处理。     

Effect of Hot Work on Stress Rupture Properties of Electron Beam Welds of Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11 Dual-Alloy

研究了热变形对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊接界面持久性能的影响。在梯度热处理条件下,变形量为40%的试样持久寿命优于其他试样。在持久试验过程中,焊缝以及合金的热影响区是薄弱区域,断裂多发生在此。当焊缝以及合金热影响区中含有晶界α相时会降低持久性能;同时,Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金基体中的粗大α2相也是导致持久性能降低的不利因素。由于在持久试验过程中元素继续扩散,可以发现持久试验后Nb元素在焊缝中的含量明显增加     

组织形态对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金连接界面持久寿命的影响

研究了不同制度热处理Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金形成的组织对它的持久寿命的影响。结果表明:双重热处理后焊缝和Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金热影响区中垂直受力方向平行排列的细小α、α2条数量大,同时存在断续的晶界α、α2相,从而使得微裂纹能快速连接、扩展,降低了持久寿命。而相同变形条件下,梯度热处理后结合界面是由大量细小条状及等轴状α、α2相,并带有少量尺寸较大的α、α2相粒子构成;持久载荷下微裂纹绕过或穿过大粒子消耗更多的能量或花费更多的时间。高温下持久加载对界面显微硬度的影响甚微。     

热处理对Ti-22Al-25Nb/TC11双合金接头组织与性能的影响

对经近等温锻造后的Ti-22Al-25Nb/TC11双合金电子束焊接头进行了梯度热处理与双重热处理,采用OM、TEM观察了Ti-22Al-25Nb/TC11双合金接头界面组织,并对其室温性能进行了对比分析。结果表明,梯度热处理后双合金接头Ti-22Al-25Nb基体析出相以细小颗粒状α₂相为主,TC11基体出现网状组织;双重热处理后Ti-22Al-25Nb基体以短棒状的O相为主, TC11基体以魏氏组织为主;双重热处理后Ti-22Al-25Nb/TC11双合金接头的室温力学性能均低于梯度热处理后的双合金接头,这与其焊缝区析出的α相增加有关。因此,梯度热处理优异于双重热处理。     

热暴露对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11焊接界面显微硬度和元素分布的影响

通过550℃,50h热暴露试验研究了Ti-24Al-15Nb-1．5Mo／TC11焊接界面显微硬度和元素分布的变化规律．结果表明,梯度热处理后Ti-24Al-15Nb-1．5Mo合金基体组织的显微硬度高于双重热处理．梯度热处理条件下,变形30％试样在热暴露期间由于焊缝组织中细针状α相数量的减少,造成显微硬度升高;而在Ti-24Al-15Nb—1．5Mo合金侧由于晶格畸变能的释放,造成显微硬度的降低．而变形量40％,50％＋梯度热处理试样焊缝组织在热暴露期间继续分解、长大,造成显微硬度的降低．热暴露过程中,焊缝界面处的元素继续扩散;Nb元素在焊缝区域中的含量明显增加,增加了品格畸变,也是引起显微硬度升高的原因之一．     

焊前热处理对Ti-22Al-25Nb/TC11异种合金焊接接头组织与性能的影响

采用不同初始组织的Ti-22Al-25Nb合金与TC11合金进行焊接,然后再用同样规范对焊件进行近等温锻造和热处理。利用OM对焊件接头的显微组织进行了观察,并拉伸测试了Ti-22Al-25Nb/TC11异种合金接头的强度。结果表明:焊前经固溶处理过的Ti-22Al-25Nb合金B2晶粗大,焊后经等温锻造和热处理之后析出的O相较多,使得焊接接头强度和塑性均有降低;Ti-22Al-25Nb/TC11异种合金接头的显微组织内含有O相、α相、β相及少量α2相。     

热力因素对合金元素在Ti-24Al-15Nb-1．5Mo／TC4焊接界面上扩散规律的影响

研究了2种状态的金属间化合物基合金Ti-24Al-15Nb-1．5Mo与TC4钛合金毛坯经真空电子束焊接后，锻造温度、热处理制度、变形量等热力因素以及它们的交互作用对合金元素Al，Nb，V在焊接界面上扩散规律的影响。研究发现：增加变形和提高热处理温度，可以增大原子迁移的动能，有利于提高合金元素的扩散速度，均匀焊缝显微硬度：加大变形量，有利于提高品格畸变能并细化晶粒、改变相的形态、减小相的尺寸，缩短合金元素的扩散路程。Nb在重新凝固区Ti-24Al-15Nb-1．5Mo一侧浓度高于合金的名义成分是由于在焊缝区α2→α变化时，Nb从DO19结构点阵中扩散出来，填补Al，Mo扩散后的空位，造成局部堆积所致。变形后热处理规范的不同，导致焊缝区的显微硬度不同，这与热处理过程中显微组织变化有关。     

电子束焊接热输入对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊接接头组织和显微硬度的影响

利用OM,SEM,能谱分析和显微硬度等测试方法对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊接接头的显微组织特征及硬度进行了分析.结果表明,焊接热输人为135 kJ/m时,焊缝熔合区柱状晶由均匀密集的α'相针状马氏体和少量α相组成,显微硬度平均值为447 HV.焊接热输入增大到150 kJ/m时,熔合区α'相明显减少,焊缝TC11合金侧热影响区的短针状α+β组织变为粗大的长针状组织,Ti-24Al-15Nb-1.5Mo热影响区的β晶粒变得更粗,显微硬度平均值降为402 Hv.这主要是因为增大热输入使焊缝合金元素含量的比例发生变化,并且冷却速度下降使焊缝组织形态和分布改变,最终导致显微硬度降低.合金元素Ti,Al,Nb的含量在焊缝边界发生突变,但在焊缝熔合区达到一个新的平衡.

Abstract：

Microstructure evolution characterization of the Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11 dual alloys welded joints obtained on the condition of different electron beam heat input was studied by optical microscope, scanning electron microscope, energy spectrum and micro-hardness analysis. The results show that the energy input have an important effect on the microstructure, grain size, micro-hardness and alloy elements content of welded joints. The microstructure is made up of homogeneous acicular martensite α' phase in fusion zone (FZ) and the average micro-hardness value is 447HV when heat input E = 135 kJ/m is utilized. With heat input increasing to 150 kJ/ m, the number of α'phase decreases in FZ, short acicular α + β phase become coarser in heat-affected zone(HAZ) of TC11, coarse β grains become larger in HAZ of Ti-24Al-15Nb-1.5Mo and the average micro-hardness value drops to 402HV. The result is attributed to the changed content of alloy elements and lower cooling velocity caused by increasing heat input. The content of element Ti, Al and Nb is changed abruptly in the boundary of the joint, but these elements evenly distribute in each zone and hardly diffuse.     

连续铸造法制备大块非晶合金

研究了经真空电子束焊连接而成的Ti3Al/TC 11合金在经过近等温锻造及不同制度的热处理后,连接界面的高温拉伸性能.结果表明,Ti3Al/TC 11合金在500～600℃的高温拉伸性能差异较小,说明Ti3Al/TC 11合金在此温度范围的高温拉伸性能比较稳定,可安全服役,尤其是以变形40％近等温锻造+梯度热处理的合金高温拉伸性能较佳,这和变形程度与组织中晶粒的形态、大小及分布有关.虽然焊接过程中在焊缝区形成了一些金属间化合物,但由于随后经过了近等温锻造和热处理,可在一定程度上使其破碎、重新分布而得到均匀细小的组织,因此改善了焊接界面的组织,提高了焊接界面的高温拉伸性能.     

应变速率和变形量对合金元素在Ti_3Al和TC11焊接界面上扩散的影响

研究了Ti3Al基合金与TC11钛合金采用不同参数的电子束焊接的双合金件,经近等温锻造和热处理后,近等温锻造工艺参数对合金元素在焊接界面上扩散的影响。结果表明,应变速率和变形量对不同参数焊接的双合金件焊接界面合金元素扩散的影响类似,均随着应变速率的降低及变形量的增大扩散更充分。但当变形20%时,合金元素以沿晶界扩散的管道机制为主;当变形40%时,扩散以晶间扩散机制为主。此外,Ti元素在焊缝区的反常扩散是由于Ti原子的点阵位置被从Ti3Al侧扩散而来的Nb原子所占据,被替代的Ti原子从DO19六方有序结构中扩散出来聚集所造成。     

过渡层数对激光沉积制造TC4/TC11连接界面的组织及性能的影响

通过激光沉积制造技术制备了不同过渡层数的TC4/TC11双合金试样,研究不同过渡层数和不同热处理制度对TC4/TC11双合金连接界面的显微组织、拉伸性能和显微硬度的影响。结果表明,过渡层数对组织的形貌影响较大,过渡层数的增加,减少了TC4/TC11双合金试样连接界面的差异,使显微硬度分布均匀;沉积态TC4/TC11双合金过渡处网篮组织差异大,去应力退火后的组织均匀,经固溶时效处理后组织粗大且差异明显;对去应力退火后的试样进行了室温拉伸,随着过渡层数的增多,TC4/TC11双合金试样抗拉强度升高,塑性增强,断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金过渡界面性能良好。     

激光直接沉积TC11/TC17双合金的组织及性能

研究了直接连接及梯度连接两种激光直接沉积TC17/TC11双合金的显微组织及力学性能。结果表明,两种连接方式成形的TC17/TC11双合金均可分为TC17均一成分区、过渡区及TC11均一成分区三个区域,沉积态下,两种连接方式均一成分区显微组织呈层带状周期分布;直接连接TC17/TC11双合金过渡区极窄,两侧化学成分、显微组织在交界处发生突变;梯度连接TC17/TC11双合金过渡区厚度较大,过渡区化学成分呈连续过渡,显微组织受成分变化和热循环双重影响,呈介于TC17和TC11中间态显微组织;直接连接过渡区显微硬度存在突变,梯度连接过渡区显微硬度由TC17侧逐渐过渡至TC11侧;直接连接和梯度连接样品室温拉伸断裂位置均在TC11均一成分区,强度接近,延伸率分散度较大。     

焊接电流对Ti2AlNb/TC18焊接界面性能及元素扩散的影响

采用真空电子束焊接对Ti2AlNb和TC18合金进行连接,研究了不同焊接电流时焊接界面的性能及元素扩散情况。结果表明:焊接接头在室温和高温下均获得了较高的抗拉强度。采用同一电流焊接时,TC18侧热影响区的显微硬度值高于该合金基体却低于该侧焊缝区,而Ti2AlNb合金侧热影响区的显微硬度值均高于该侧焊缝区和Ti2AlNb合金基体;在28 mA的焊接电流下,焊接界面的整体显微硬度值均较高,这是因为焊接界面形成了含量较多且尺寸较小的α′马氏体和O相,对界面起到了强化作用。在不同的焊接电流下,合金元素均在焊缝和两侧母材交界处存在较大的浓度梯度,其原因是焊缝金属的快速凝固使得各合金元素没有足够的时间和能量进行充分扩散。     

焊接电流对Ti3Al/TC11连接界面拉伸性能及组织的影响

采用真空电子束焊接对Ti3Al基合金(Ti-24Al-15Nb-1.5Mo,at%)和TC11合金进行连接,研究不同焊接电流时Ti3Al/TC11连接界面组织和性能的变化规律。结果表明,无论所采用的焊接电流大或小,焊缝的横向截面形貌均为不对称漏斗状,中部呈细长而狭窄的条柱状。随着焊接电流的增大,整条焊缝变宽,焊缝及两侧热影响区的组织相对更粗大,尤其是焊缝的变化更为明显。其漏斗状处的组织为典型铸态柱状晶,中心区域的组织与原始组织相比显得非常粗大。当采用18～21 mA的焊接电流进行连接时,Ti3Al/TC11双合金试样的综合力学性能相对较好,表明焊接界面具有良好的完整性,这与连接界面宽度较窄、过渡较均匀,且连接界面组织相对较细小有关。     

TC4/T2连续驱动摩擦焊工艺及接头组织与性能

采用连续驱动摩擦焊实现了TC4/T2异种金属之间的焊接. 结果表明,热物理性能差异显著的TC4和T2异种金属之间连续驱动摩擦焊,宜采用强规范工艺条件,即采用较大的焊接压力,较短的焊接时间;TC4/T2连续驱动摩擦焊头形成非对称飞边,摩擦压力过小,焊接热输入不足,难以形成规则的飞边形态;采用较短的I级摩擦焊接时间,可以形成紧密的TC4/T2冶金结合界面,并形成一定程度的机械咬合. TC4/T2连续驱动摩擦焊最佳工艺参数为:Ⅰ级加压、Ⅱ级加压和顶锻压力在试样表面产生的压强分别为1.4,1.8和2.1 MPa,Ⅰ级摩擦焊接时间为5 s. 采用最佳焊接工艺参数,TC4/T2连续驱动摩擦焊接头抗拉强度达到母材T2的96.7%.     

钛合金线性摩擦焊接头形成机制

采用扫描电镜和透射电镜研究TC11同种及TC11与TC17异种钛合金接头微观组织,以探明线性摩擦焊接头形成机制.结果表明,同种钛合金线性摩擦焊接头形成过程与异种钛合金明显不同,这主要是由于二者产热行为不同所致.同种钛合金焊接时,刚开始阶段是以摩擦产热为主,界面形成金属键连接后界面金属的变形产热将占主导.异种钛合金焊接时,刚开始阶段也是以摩擦产热为主,而当界面形成金属键连接后TC11一侧金属的变形产热将是接头热输入的主要来源.随着热量向TC17一侧金属的传导,TC17将发生大变形,接头热输入以TC11与TC17的共同变形产热为主.     

成分梯度对激光立体成形Ti3Al/TC11连接界面组织和性能的影响

采用激光立体成形制备Ti3Al/TC11双合金件,研究不同过渡区层数即不同成分梯度时Ti3Al/TC11激光烧结连接界面的显微组织、拉伸性能及显微硬度。结果表明,成分梯度对连接界面的组织形貌影响较大,尤其对TC11侧界面的组织影响更为显著。成分梯度对Ti3Al/TC11试样连接界面显微硬度的平均值影响很小,但对其分布的均匀性影响较大。随着过渡区成分梯度的减小,连接界面显微硬度分布的均匀性提高。具有较小成分梯度即10层过渡区的试样综合性能较佳,这与过渡区层数的增多减小了相邻两层之间的成分梯度、缩小连接界面组织形貌的差异,从而提高了连接界面的完整性有关。