TC17钛合金线性摩擦焊接头组织及力学性能分析

针对固溶时效态TC17钛合金焊态及焊后热处理态线性摩擦焊接头,进行显微组织及力学性能对比分析. 结果表明,焊态时焊缝组织发生了回复与再结晶,由于焊后冷却速度较快,生成了亚稳定β相,焊缝区发生了软化;热力影响区组织沿受力变形方向拉长、细化、交替呈带状分布,加工硬化程度较高,显微硬度明显高于其它区域;热影响区由于二次次生α相基本溶解于亚稳定β相,导致显微硬度显著降低. 经过焊后热处理,亚稳定β相发生时效分解,析出了弥散程度更高的针状次生α相使得焊接区硬度大幅度提高. 由于亚稳定相的生成,焊态接头发生软化,拉伸均断裂在焊缝区,抗拉强度达到母材强度91.8%,断口呈脆性断裂形态;焊后热处理态接头由于二次次生α相的析出,起到弥散强化的作用,拉伸试验均断在母材,断口呈典型韧性断裂形态.     

TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头相组成及织构分析

利用电子背散射衍射技术对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头测试并分析,对接头各区域进行相鉴定和织构分析.结果表明,与母材相比,焊态接头两侧热力影响区α相减少,β相增多.由于焊缝区冷却迅速快,焊态焊缝处发生动态再结晶,生成了大量的亚稳定β相晶粒. TC17(β)侧母材及热力影响区的织构分布密度比TC17(α+β)侧强,且焊态焊缝区产生(5 4 6)[■]织构,轧面与(1 1 1)近似平行.经过610℃热处理后,焊缝区亚稳定β相发生分解,形成细小的次生α相和β相.与焊态焊缝相比,热处理后焊缝区晶体稍有转动,焊缝区织构强度较焊态有较大增强,形成(5 5 7)[■]织构.热处理前后的焊缝区晶体取向都存在着ND方向与[1 1 1]靠近,轧面与(111)接近平行的择优取向.     

热处理对TC21钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

基于先进飞机构件研制需求,针对TC21钛合金线性摩擦焊接头,设计了3种热处理制度,开展了焊态及不同热处理状态下接头显微组织及力学性能研究. 结果表明,焊态试样的焊缝区由细化的β晶粒组成,晶内析出含有大量位错的针状马氏体,起到了位错强化作用,显微硬度相比母材明显提高,热力影响区由于次生α相发生了溶解,显微硬度相比母材有所降低. 热处理后焊接接头内的α相发生了显著变化,在高温区退火时,长时间保温导致初生条状α相长大,在低温区退火则促进了次生针状α相的析出;所有热处理后的接头进行拉伸试验后均断裂于母材区,经过双重退火的接头其焊缝区及热力影响区组织均为β转变组织+初生长条状α相 + 次生针状α相,并且各区域显微硬度基本与母材一致,组织更加均匀.     

Ti60/TC17异种钛合金惯性摩擦焊接头组织性能研究

采用惯性摩擦焊技术焊接Ti60/TC17钛合金，并对焊态/热处理态接头进行组织和性能分析；焊接过程中，有粘流态金属滴落，两侧金属材料熔合较好，且接头焊缝处飞边形貌呈现不规则曲线状，缩短量达4.2 mm，轴向错边小于0.3 mm；焊缝界面两侧区域均发生了动态再结晶，焊缝区显微硬度值较高，越远离焊缝位置显微硬度值越低；焊态下，焊缝处组织为针状α板条和等轴晶粒组成，两侧热机影响区有明显的流线形貌；热处理后，焊缝处针状α板条细化，次生α相增多，再结晶晶界明显，两侧热机影响区流线形貌消失；通过接头拉伸性能测试，焊态/热处理态试样室温拉伸断裂位置均发生在TC17侧，断口形貌呈典型解理断裂，焊态下，平均抗拉强度为978.5 MPa，达母材的92.06%，热处理后，平均抗拉强度为1 076.5 MPa，提升98 MPa，超过母材抗拉强度，这说明热处理有利于将组织内的残余应力释放，同时易于析出针状α相，进而提高接头力学性能。     

热处理对100mm厚TC4钛合金电子束焊接接头性能的影响

针对100mm厚TC4钛合金板进行电子束对接,焊后对接头分别进行850℃再结晶退火和920℃+2 h和500℃+4 h固溶时效热处理,观察接头的微观形貌,测试其硬度和拉伸性能。结果表明,经过再结晶退火后,焊缝中部开始出现β相晶界,热影响区熔合线附近的针状α′相变少,β相等轴晶界开始出现。经过920℃+2 h和500℃+4 h固溶时效处理后,焊缝中部和底部都出现明显的β相晶界,热影响区熔合线附近的β相等轴晶界明显可见,为细片层β转变组织。力学性能测试表明,经过固溶时效热处理的接头焊缝区、热影响区及母材区的显微硬度明显高于焊态,其接头拉伸强度比焊态提升11.3%,屈服强度比焊态提升17.2%,但接头延伸率比焊态降低近59%。     

异质TC17线性摩擦焊接头焊后时效处理组织与性能

线性摩擦焊是制造航空发动机整体叶盘的关键技术. 通过光学显微镜、扫描电镜、电子式万能试验机及显微硬度仪对比分析了TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊态及不同时效温度下接头的组织与性能. 结果表明,焊态下焊合区及附近区域的微观组织为过冷β细晶,硬度最低;经焊后时效处理,析出了细小针状α相,硬度升高. 焊后时效温度为400 ℃时,焊合区及附近区域的硬度值明显提高,焊接区脆化. 焊后时效温度为630 ℃时,接头弯曲角度最高,但强度降低. 综合焊接接头的硬度、弯曲与拉伸性能优化出的焊后时效温度为550 ℃. 接头弯曲角度和抗拉强度分别达到母材的36%和95%. TC17(α + β)侧热力影响区( thermal-mechanical affected zone,TMAZ)受力后微观塑性变形更均匀,其强塑性能均优于TC17(β)侧TMAZ. 接头的弱化区对应于TC17(β)侧TMAZ硬度变化梯度及组织梯度最大的区域. 相比母材,接头的塑性损失比强度损失要大得多.     

TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能

文中阐述了线性摩擦焊的原理、特点,并针对TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能进行了研究.对比分析TC4钛合金线性摩擦焊接头焊态和焊后热处理态的接头组织和力学性能.结果表明,焊接接头共分为母材、热力影响区和焊缝区三部分;TC4钛合金的接头(包括焊态和焊后热处理态)抗拉强度和屈服强度均达到母材的90%以上;焊缝中心的硬度值最高,焊后热处理能使接头的硬度分布更加均匀.     

高氧TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对高氧TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊试验,研究了焊接接头各区域组织特征、焊接界面合金元素扩散行为及力学性能. 结果表明,焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶,形成细小的等轴晶粒. 高氧TC4侧焊缝区形成针状马氏体,TC17侧形成亚稳定β相;两侧热力影响区晶粒均发生了破碎,沿着振动方向拉长. 焊后冷却阶段在焊合线附近出现合金元素扩散现象,扩散区域狭窄. 焊缝中心处显微硬度值最高达到420 HV,高氧TC4侧显微硬度随着靠近母材而逐渐降低;TC17侧显微硬度随着远离焊缝中心迅速升高. 拉伸性能测试结果表明,接头抗拉强度与高氧TC4母材相当.     

高氧TC4/TC17线性摩擦焊接头组织与显微硬度研究

对高氧TC4和TC17钛合金进行了线性摩擦焊试验,利用光学显微镜与扫描电镜对焊接接头的微观组织进行了分析,并研究了热处理对接头组织及显微硬度的影响。结果表明,焊态下高氧TC4侧焊缝比TC17侧窄,焊缝界面处生成共生晶粒,界面两侧发生动态再结晶。高氧TC4侧,靠近焊缝边缘的部分热力影响区形成大量的亚晶粒,部分区域发生动态再结晶形成细小的等轴β晶粒,冷却后晶粒内析出马氏体α'相。TC17侧,β晶粒以及α晶界被拉长形成变形带,在靠近焊缝处、形成许多细小的等轴β晶粒。经过焊后热处理,高氧TC4的TMAZ亚稳态马氏体α'相分解,高度变形的β相中析出片层状α相;TC17侧TMAZ组织为细小的针状α相。焊缝中心的共生晶粒组织不均匀,由相互交错的大小α片层组成。焊态下焊缝中心硬度最高;热处理后,TC17侧焊缝及热力影响区硬度大幅度增加。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

采用真空电子束焊对7 mm厚TC4钛合金板进行焊接,利用光学显微镜对焊接接头显微组织进行表征,分析不同区域显微组织,通过显微硬度、拉伸试验、冲击试验、弯曲试验对力学性能进行测试,借助扫描电镜对拉伸、冲击断口形貌进行观察,对焊接接头显微组织演变规律和性能进行研究。结果表明,真空电子束焊焊接接头成形良好,TC4钛合金母材组织由α相和β相组成,焊缝区组织由原始的β相转变而成α′相（针状马氏体）,为粗大的柱状晶组织,热影响区组织由均匀且细小的针状马氏体α′相及原始的α相和β相组成;焊缝区显微硬度高于热影响区和母材区,从焊缝顶部到根部显微硬度逐渐下降;焊接接头抗拉强度高于母材抗拉强度;V形缺口在焊缝区的冲击试样具有较好的韧性。     

TC4/TA15异种钛合金激光焊焊缝的显微组织和高温力学性能（英文）

研究不同焊接工艺参数条件下TC4/TA15异种钛合金激光焊接接头的显微组织和高温力学性能。结果表明:TC4/TA15异种激光焊焊缝熔合区由含针状α'马氏体的粗化β柱状晶组成,热影响区主要由初始α相和β转变相组成,TA15侧热影响区的宽度窄于TC4侧热影响区的宽度。TC4/TA15异种接头的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而降低,高温拉伸强度从高到低的顺序为TA15母材异种接头TC4母材,800°C时塑性变形程度最高。TC4/TA15异种接头横截面的最高显微硬度位于焊缝中心,热处理后接头的显微硬度整体降低,但硬度分布特征未发生改变。异种接头的高温拉伸断裂均发生在TC4母材侧,并在拉伸过程中发生明显颈缩,微观断口呈现韧性断裂特征。     

热处理工艺参数对TC4+TC17线性摩擦焊接头微观组织的影响

在前期焊接试验参数优化基础上,对TC4+TC17钛合金进行线性摩擦焊,焊后进行不同温度的热处理,并利用光学显微镜、扫描电镜等对不同状态接头组织进行对比分析。结果表明,焊态下接头焊缝为典型动态再结晶组织,热力影响区由于热输入较小,以变形组织为主。585℃×3h热处理后焊缝TC4侧形成弥散的α+β相,细小的针状α相从亚稳态β相析出。热力影响区变形的α相在长度和宽度方向都长大,相界较焊态下更清晰;TC17侧形成细小片层状α相、针状次生α相和β相,次生针状α相沿初生α相析出。热力影响区亚稳β相分解,析出针状次生α相;热处理温度升高到685℃,接头组织的析出相长大粗化,组织趋于稳定。     

α+β型钛合金惯性摩擦焊接头焊态/热处理态组织演变及性能研究

文中采用SEM、EBSD及TEM等表征手段分析了惯性摩擦焊接头在焊态及焊后热处理态下的微观组织形貌与分布特征,并研究了焊后热处理态下的接头力学性能。结果表明,焊缝区为单一等轴α晶粒,在焊态下由板条状马氏体α′相+晶界片状αp相+亚稳态β相构成,并伴随着(0001)//ND丝织构。热处理后转变为晶界片状αp相+晶内片状αs+β相,在原有丝织构的基础上形成了(21 ?1 ?3)[21 ?1 ?9]取向织构;焊缝区显微硬度最高,随着向母材区过度显微硬度逐渐降低,焊后热处理可降低焊缝区硬度,使接头硬度分布较为均匀。接头在室温下的拉伸试验均断裂于远离焊缝中心的母材区。     

TC21钛合金线性摩擦焊接头组织及性能分析

本文对TC21钛合金进行线性摩擦焊接试验,采用OM、SEM等测试手段对接头各区域显微组织演变规律进行了分析,并通过显微硬度仪和电子万能试验机对接头显微硬度及拉伸性能进行测试。结果表明：TC21钛合金线性摩擦焊可以得到良好的焊接接头,接头明显分为母材区、热力影响区和焊缝区；焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶过程,形成细小的再结晶晶粒,板条状α相在晶界处析出,针状马氏体α′相在晶粒内部析出,并有少量的残余α相保留至室温；热力影响区主要以变形α相为主,随着向两侧母材靠近,再结晶程度逐渐减弱,α相比例逐渐增加。由于飞边形成阶段及焊后冷却速率大小不同,导致沿着焊缝中心向飞边端部靠近,晶粒尺寸逐渐变大。TC21钛合金线性摩擦焊接头显微硬度呈拱形分布,焊缝中心显微硬度值达到最大值460HV,拉伸性能测试结果表明,接头强度与母材相当。     

TC17钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能研究

研究了TC17钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能.研究表明,焊接接头由熔合区(FZ)、热影响区(HAZ)和母材区(BM)组成.焊态下,FZ由b柱状晶组成,HAZ由针状a/a'相、等轴a相和亚稳态b相组成.在630~800℃范围焊后热处理后,FZ和HAZ中的亚稳态b相分解,生成a相和b相,随着焊后热处理温度的升高,FZ和HAZ中的a相板条厚度增加,晶界a相发生粗化.焊态和800℃,2 h,A.C.焊后热处理条件下,FZ在450℃高温拉伸过程中会析出次生a相板条,导致熔合区抗拉强度升高,屈强比降低.焊接接头的拉伸断裂优先发生于屈服强度低的区域,接头各区域屈服强度相差不大时,最终断裂发生在硬度较低的区域.TC17钛合金电子束焊接接头的最佳焊后热处理制度为630℃,2 h,A.C.,此时焊接接头具有良好的拉伸强度和塑性匹配.     

热处理对TC4/TC17线性摩擦焊接头组织与性能的影响

研究了热处理温度对TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接接头的组织和力学性能的影响。结果表明:在焊态下,接头焊合区TC17一侧为亚稳态的β相;TC4一侧为针状马氏体;界面处为细小的针状马氏体组织。经过热处理后,焊合区TC17一侧亚稳态β相析出细小的层片状α相,随着热处理温度的增加α相发生长大,片层厚度增加;焊合区TC4一侧经热处理后显微组织无明显变化。在本实验热处理温度范围内,热处理使焊合区TC17显微硬度增加,但随着热处理温度的升高,显微硬度下降。热处理对焊合区TC4一侧显微硬度无明显影响。     

TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头显微组织和力学性能

研究TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4/TA17异种钛合金激光焊接头焊缝的显微组织为片状α′马氏体,TC4侧靠近母材的热影响区和TA17侧靠近母材的热影响区只发生α相向β相转变,TC4侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+针状α′马氏体,TA17侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+片状α′马氏体。TC4/TA17异种钛合金激光焊接头的显微硬度呈不对称分布,焊缝的显微硬度最高,TA17母材显微硬度最低。TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头断裂在TA17母材,断口呈现韧性断裂形貌。     

TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能

通过室温拉伸、室温缺口拉伸、显微硬度以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和性能进行了研究。试验结果表明，用电子束焊接TC4钛合金可获得性能良好的焊接接头，其接头的抗拉强度不低于母材，焊缝的缺口敏感系数均小于1。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材，焊缝组织是由较粗大的原始β相转变而成的α′相，即针状马氏体，热影响区组织为均匀且细小的针状马氏体和原始α相的混合物。     

6061-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

针对6 mm厚6061-T6铝合金板材,在主轴转速800 r/min,焊接速度150 mm/min参数下实现双轴肩搅拌摩擦焊接,并对一部分试件进行焊后热处理。对焊态试件和焊后热处理试件同时进行金相试验、拉伸试验和显微硬度试验对比分析。在焊态下,接头平均抗拉强度为203 MPa,达到母材的64%,接头在焊缝区32 mm的宽度区域内显微硬度出现不同程度的下降,显微硬度分布呈"W"型;接头经焊后热处理后,焊态下溶解消失的强化相重新析出,使接头组织重新得到强化,热处理态接头平均抗拉强度为292 MPa,达到母材的92%,整个焊缝区显微硬度均得到提高,焊态下"W"型显微硬度分布规律消除。     

TC4/TC17电子束焊接接头组织及高温拉伸性能研究

针对TC4/TC17异种钛合金开展电子束焊接研究,并进行了高温(400℃)拉伸试验。结果表明,在焊接热循环作用下,热影响区和焊缝组织与母材相比发生了显著变化;TC4侧热影响区组织为马氏体;TC17侧热影响区则是亚稳定β相,焊缝处观察到粗大的柱状晶。TC17母材硬度高于TC4母材硬度,焊缝中心硬度最高。在400℃下,TC17母材的抗拉强度最好;焊接接头的抗拉强度与TC4母材的相当;TC4/TCI7电子束焊焊接接头的断口表面存在尺寸较大,少而浅的韧窝,韧窝形状呈椭圆形,表现出较好的塑性。