激光熔化沉积快速成形TA15钛合金钎焊接头力学性能与组织研究

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TA15钛合金的焊接性能,采用Ti-Zr-Cu-Ni系钎料对激光熔化沉积快速成形TA15之间以及与普通棒材TA15分别进行真空钎焊,通过扫描电镜与能谱分析等手段,测试了接头室温和高温力学性能,并进一步对钎焊接头界面的元素分布及钎焊接头的组织进行了分析。试验结果表明:采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊激光熔化沉积快速成形TA15接头力学性能优良,且表现出优异的高温性能,焊接系数大于0.9;焊缝中心的显微组织均为网篮组织,室温拉伸断裂呈脆性断裂、高温呈韧性断裂特征。     

成形气氛中氧含量对激光沉积TA15钛合金组织及力学性能的影响

采用激光沉积制造技术制备了TA15钛合金厚壁件,通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)及拉伸试验对其显微组织、断口及力学性能进行分析,研究成形气氛中氧含量对激光沉积TA15钛合金组织及力学性能的影响。结果表明:随着气氛中氧含量增加,沉积态和退火态试样的显微组织均为典型网篮组织无明显变化。沉积态试样的室温抗拉强度提高而塑性下降,氧含量保持在5×10~(-5)以下能获得较好的综合力学性能。退火态试样的显微硬度低于沉积态且两者均随氧含量增加逐渐提高。室温拉伸断口的断裂机制随着氧含量增加由韧性断裂变为半解理半韧性断裂。     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金组织和性能的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明:随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;2种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金性能和组织的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明：随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;两种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

扫描方式和退火热处理对激光快速成形TA15钛合金组织与性能的影响

分别采用单向扫描和编织扫描方式,激光快速成形了两个TA15钛合金厚壁零件,研究了扫描方式、退火热处理对TA15钛合金组织和拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形TA15钛合金具有良好的金相组织热稳定性。编织扫描方式可显著细化TA15钛合金的金相组织,与单向扫描方式制备的TA15钛合金相比,编织扫描方式制备的TA15钛合金具有更高的力学性能。两种扫描方式制备的TA15钛合金,其沉积态和热处理态的拉伸性能具有各向异性,经940℃/1 h/AC热处理后,两种扫描方式制备的TA15钛合金沿水平方向和垂直方向的拉伸力学性能均超过TA15钛合金退火锻件的力学性能标准。     

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。     

退火温度对激光熔化沉积TA15钛合金组织和性能的影响

采用激光熔化沉积工艺制备TA15钛合金棒材和板材.利用OM、SEM和TEM等方法研究退火温度对棒材组织和板材性能的影响.结果表明:激光熔化沉积TA15钛合金β晶粒具有十分优异的高温稳定性,在β相区长期退火,其β晶粒尺寸几乎无变化.激光熔化沉积成形态为典型的层片状β转变组织.在两相区上部退火,形成特殊的"双态"组织,初生α呈规则长条块状,其体积分数随退火温度的升高而降低.在β相区退火获得细层片状组织.在α β两相区退火,随温度的升高,强度有下降趋势,塑性显著下降.     

TB8钛合金板材的焊接性

采用电子束焊和氩弧焊两种焊接工艺研究了TB8(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)钛合金厚度为1.5 mm板材的焊接性以及焊后热处理.焊接接头显微组织与室温力学性能测试结果表明,TB8钛合金板材具有良好的焊接性,采用电子束焊和氩弧焊可形成全熔透焊缝.电子束焊接工艺与氩弧焊焊接工艺相比,焊接接头的力学性能更好.     

TA15钛合金激光切割热影响区的组织与性能研究

对不同厚度的TA15钛合金板材进行激光切割试验,研究了TA15钛合金板材热影响区的组织、深度,板材的拉伸性能及断口形貌。结果表明:热影响区可分为两部分,第一部分为激光切缝边缘的熔化区,第二部分为非熔化区,热影响区的组织由非熔化区向熔化区逐渐变大;从热影响区到基体显微硬度呈明显的下降趋势,板材下表面的热影响区深度均大于上表面的热影响区深度。与去除热影响区的板材相比,存在热影响区的板材的屈服强度和抗拉强度都有一定程度的下降;有无热影响区的试样断口形貌均是韧窝,属于塑性断裂。     

激光快速成形TA15钛合金氩弧焊接头组织及力学性能

对激光快速成形TA15钛合金与轧制TA15钛合金薄板进行了氩弧焊接试验,观察分析了焊接接头各区域组织特征,测试了焊接接头各区域的显微硬度以及室温拉伸性能.结果表明,激光快速成形件与轧制薄板氩弧焊焊缝凝固组织是具有粗大片状α+β组织特征外延定向生长的柱状晶.轧制件对焊接热影响敏感性强,热影响区晶粒发生严重长大现象,激光成形件靠近焊缝热影响区晶粒转变为等轴晶,距焊缝较远的热影响区仍保持柱状晶.激光成形件热影响区硬度最高,焊缝区及轧制件热影响区的硬度最低.焊接接头抗拉强度低于母材,塑性与轧制件相当,断裂位置位于轧制件热影响区.     

Ti-6Al-4V钛合金板材焊接工艺优化

采用电子自动化激光焊接的方法,研究了不同焊接功率和焊接速度对Ti-6Al-4V钛合金板材的焊接成形性、显微组织和力学性能的影响。结果表明,当激光功率或焊接速度相同时,焊缝熔宽、焊缝背面宽度及焊缝横截面积都会随着激光功率与焊接速度的增大而增大;焊接接头抗拉强度受焊缝成形的影响大于焊缝显微组织的影响,接头的抗拉强度与咬边锐度呈反比。     

制备工艺对TA7钛合金板材外观、力学性能和组织的影响

TA7钛合金可被用于制造飞机蒙皮、喷气发动机焊接轮环等中等强度的焊接结构件,但由于存在成形塑性差、易开裂、成品率低等问题,TA7钛合金板材的加工难度较大。为此,针对TA7钛合金板材的生产工艺进行了探索性实验,对比了3种不同制备工艺对TA7钛合金板材开裂情况、显微组织及力学性能的影响。结果表明:开坯轧制在低温区域进行,一火轧制后板材表面开裂明显,成品板材晶粒细小,但组织均匀性不高;开坯轧制在相变点附近的高温区域进行,一火轧制后板材开裂程度明显改善,成品板材晶粒有所长大,但组织均匀性依旧较差;开坯轧制在低温区域进行,且后期采用换向轧制得到的板材表现出最优的综合性能。此外,3种工艺制备的TA7钛合金成品板材的室温力学性能相差不大。     

TA15钛合金电子束焊焊接接头力学性能

钛合金材料以及相关制造技术是实现飞机先进性的重要基础之一,电子束焊接是钛合金板材一种先进的焊接形式.对TA15钛合金板材电子束焊接试样进行了金相分析和静力试验、疲劳试验和扫描电镜(SEM)分析.结果表明,TA15板材电子束焊焊接接头的焊缝、热影响区和母材的微观组织差别明显;焊缝韧性降低,抗拉强度高于母材;热影响区尺寸较小,在1～2 mm左右,是焊接接头的薄弱部位;疲劳裂纹大多萌生于焊接热影响区区域,疲劳破坏试样断口的SEM分析表明,疲劳裂纹大多起源于焊接热影响区的气孔处.     

钛合金与CVDNb电子束熔钎焊研究

采用钛合金一侧偏束工艺实现了TC4钛合金和CVDNb的电子束熔钎焊,采用光学显微镜和扫描电子显微镜对三种偏束距离的焊缝组织与断口形貌进行了分析,通过接头拉伸试验对接头力学性能进行了评价。结果表明:电子束偏向TC4钛合金0.2 mm、0.5 mm和0.8 mm时,焊缝成形良好,均满足QJ972-86 I级焊缝表面要求。随着电子束偏移距离的增加,焊缝状态由TC4与CVDNb均熔化转变为焊接过程中接头上部CVDNb熔化,下部CVDNb不熔化,依靠与熔化的TC4液态金属的溶解扩散作用达到钎焊连接,钎焊界面的组织主要为含Ti和Nb的扩散层组织,接头的抗拉强度达到200MPa以上,断裂发生在CVDNb母材区,为塑性断裂模式。     

α+β区退火对激光沉积TA15钛合金组织及硬度的影响

以TA15球形粉末为原料,TA15钛合金锻件为基材,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金沉积厚壁件。通过光学显微镜、扫描电镜及显微硬度计研究了α+β相区退火处理过程中激光沉积TA15钛合金的显微组织及硬度。结果表明:激光沉积TA15钛合金沉积态宏观组织为贯穿多个沉积层的柱状晶,微观组织为网篮组织。随退火温度升高,α相的生长过程为先生长然后互相截断,并在退火处理过程中局部阶段性地重复这一过程。随着退火温度的升高,α相的长度呈现出波浪变化,宽度呈现出上升趋势,长宽比呈现出下降趋势,且α相的含量先升高后降低。较大长宽比的α片层组织会对滑移产生阻碍,导致显微硬度值增大;较小长宽比的α片层组织会使显微硬度值降低。     

超薄钛合金激光叠焊焊接特性

文中针对超薄工业纯钛合金激光叠焊工艺进行了探索。采用0.1 mm厚的超薄TA1钛合金板材开展激光焊接工艺试验,分析了TA1金属板激光叠焊焊缝成形缺陷及内部气孔缺陷的形成原因和抑制措施,从离焦量及焊接热输入等方面对工艺参数与焊缝成形的关系进行了研究,最后利用拉伸试验的方式进行焊缝力学性能测试。试验结果表明,通过合理的选择焊接工艺参数可以避免焊穿等缺陷,气孔缺陷主要分布于熔合面两端。随着焊接热输入的增加及离焦量的降低,焊缝逐渐由圆弧形向V形转变进而向X形转变,熔合面宽度逐渐增加。TA1在激光焊接后可以达到燃料电池双极板对母材最低抗拉强度的要求,为TA1钛合金在燃料电池行业的使用提供了依据。     

基于搅拌摩擦点加工技术的TA15钛合金板及其TIG焊接接头组织及硬度（英文）

基于搅拌摩擦点焊加工技术(FSSP),对TA15钛合金TIG焊接接头的组织和硬度进行研究。采用金相分析和硬度测试方法,分别对TA15板材及其TIG焊接接头进行组织分析和硬度测试。结果表明,FSSP不但能有效改善TA15板材组织,而且可以提高其显微硬度,同时也可以改善TA15合金TIG焊接接头的显微微组织。焊核区平均显微硬度值显著提高,热影响区显微硬度值略有增加。搅拌区的硬度明显高于母材,且沿着宽度方向出现两个硬度峰值。经过FSSP之后,TA15合金TIG焊接接头焊核区的平均硬度值与FSSP之前相比,有了显著提高。此外,在所选工艺参数下,TA15板材及其TIG焊接接头经过FSSP之后,表面氧化均不明显,同时也发现,表面均出现晶粒细小的光亮白层组织。     

异种钛合金TA15与Ti2AlNb激光焊接显微组织及力学性能研究

介绍了异种钛合金(TA15与Ti2AlNb)激光焊接工艺,分析了焊接接头的显微组织、显微硬度分布及室温、550℃高温时的拉伸性能。研究结果表明:焊缝区获得B2相、O相和α2相组成的混合组织,TA15侧热影响区主要为针状马氏体,Ti2AlNb侧热影响区组织主要为B2相和少量的α2相;TA15热影响区显微硬度值高于TA15母材,Ti2AlNb热影响区显微硬度值低于Ti2AlNb母材,在焊缝中心显微硬度值最低;室温时的拉伸断裂发生在焊缝处,断口特征为解理断裂,550℃高温时的拉伸断裂位置在TA15母材上,断口特征为韧窝。     

激光熔化沉积300M超高强度钢组织与力学性能

利用激光熔化沉积快速成形工艺制备300M超高强度钢薄板试样,应用OM、SEM等方法分析了钢的组织,并测试了其室温拉伸力学性能.结果表明,由于激光熔化沉积过程中的高温度梯度及冷却速度,激光溶化沉积300M钢具有细小均匀的快速凝固胞状树枝晶,其显微组织为马氏体与贝氏体混合组织;激光熔化沉积态300M钢室温拉伸性能接近锻件水平.     

热处理工艺对TA17钛合金板材组织与性能的影响

文章实验研究了热处理工艺对TA17钛合金板材显微组织与室温力学性能的影响。结果表明:TA17钛合金板材经过不同温度热处理时,合金板材的显微组织由等轴球状α相+晶间β相构成。随着温度升高,合金中的初生α相含量显著减少,并逐渐趋于等轴化,β相和次生α相的体积分数逐渐增大。在740780℃范围内热处理,强度与塑性匹配最好,得到的TA17钛合金板材综合力学性能最优。