热等静压粉末Ti2AlNb合金的制备及电子束焊

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)的预合金粉末,通过包套热等静压工艺制备了粉末Ti2AlNb合金。实验结果显示,粉末粒度显著影响粉末Ti2AlNb合金的孔隙分布。对制备的粉末Ti2AlNb合金粉末环坯进行X射线探伤,检验结果显示环坯无明显焊接气孔及夹杂缺陷。采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM),研究了热等静压态Ti2AlNb合金电子束焊接头显微组织,从熔合区到母材的组织为单相组织向双态组织过渡,熔合区和热影响区显微硬度略高于母材。     

Ti2AlNb合金板材的电子束焊接

采用电子束焊接工艺研究Ti-22Al-24Nb-1Mo合金厚度为0.6 mm冷轧板的焊接性,用电子探针观察焊后焊接接头处的合金元素分布情况,通过光学金相显微镜、扫描电镜和透射电子显微镜对等对焊后及焊后热处理的焊接接头区域显微组织演变和相组成的变化进行了分析,利用维氏显微硬度计测试焊后及焊后热处理的焊接接头区域的显微硬度.结果发现:该合金板材具有良好的焊接性能,焊接接头未产生焊接缺陷;Al元素有一定程度的烧损,焊缝熔合区由柱状B2相晶粒组成;经焊后热处理,熔合区组织转变为(O+β)网篮组织;焊后及焊后热处理均为热影响区的硬度值最高;经焊后热处理,焊接接头的硬度显著提高.     

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%).     

Ti-22Al-24Nb-0.5Mo合金电子束焊接接头的组织和性能

对Ti-22Al-24Nb-0.5Mo合金的电子束焊接接头的组织和性能进行了研究。焊接接头熔合区由B2相柱状晶和分布在上下边缘的少量枝状晶组成,并且沿中心轴对称分布。对焊接接头进行了850℃/2 h/AC(时效)与980℃/2h+850℃/24 h/AC(固溶+时效)两种热处理,时效态接头熔合区的B2相中析出了大量针状O相,而固溶+时效态熔合区的O相更为粗大,且α_2相重新形成。两种热处理后接头的室温拉伸性能相近,但在高温下时效态接头的强度稍高。固溶+时效态接头的650℃持久寿命高于时效态,失效模式均为沿晶断裂。     

真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数，x/%)的预合金粉末，并对预合金粉末的化学成分、表面状态及流动性等进行了表征。通过包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti2AlNb合金，研究了真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响。结果表明，超声气体雾化法制备的Ti2AlNb合金粉末化学成分批次稳定性好；从粉末填充的工艺性能方面考虑，热等静压成形应选取粒度小于250 μm以下的全粒度分布预合金粉末；真空脱气处理可减少粉末冶金Ti2AlNb合金的孔隙缺陷，提升合金拉伸性能的稳定性和高温持久寿命。     

热加工历史对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金盘

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-24Al-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α2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α2相中分离出来有关。     

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     

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.     

退火和热暴露对Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金焊接盘组织和力学性能的影响

对真空电子束焊接后的Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金盘试样进行了退火处理和热暴露试验,采用OM、SEM和TEM观察了接头的显微组织。对不同状态下的双合金试样进行了室温拉伸试验,并观察了拉伸断口形貌。结果表明:退火和热暴露会促使焊接过程形成的亚稳相分解。与退火态相比,热暴露态焊缝熔合区亚稳β相和Ti60热影响区α'相分解程度增加,热暴露后Ti-22Al-25Nb合金热影响区有细小的O相析出。焊态下拉伸试样发生脆断,退火后双合金试样强度有较大提升,并有一定的拉伸塑性。热暴露后双合金试样强度进一步提高,拉伸塑性较退火态变化不大。     

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．     

Ti-22Al-24Nb-0.5Mo电子束焊接接头组织性能研究

对Ti-22Al-24Nb-0.5Mo合金的电子束焊接接头开展研究,焊接接头熔合区由B₂相柱状晶和分布在上下边缘的少量枝状晶组成,并且沿中心轴对称分布。对焊接接头进行了850_oC/2hr/AC(时效)与980_oC/2hr+850_oC/24hr/AC(固溶+时效)两种热处理,时效态接头熔合区的B₂相中析出了大量针状O相,而固溶+时效态熔合区的O相更为粗大,且α₂相重新形成。两种热处理后接头的常温拉伸性能相近,但在高温下时效态接头的强度稍高。固溶+时效态接头的650_oC持久寿命高于时效态,失效模式都为沿晶断裂。     

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.     

Ti-23Al-17Nb激光焊接接头的组织性能研究

通过室温和高温拉伸性能测试研究焊后热处理和同步预热对Ti-23Al-17Nb(原子分数,下同)合金CO_2激光焊接接头性能的影响.结果表明,接头室温和高温拉伸性能低,焊后真空热处理提高接头室温和高温拉伸性能,仍低于母材;同步预热接头室温强度和塑性与母材相当,高温强度与焊后热处理效果相当.组织分析显示,焊缝存在两个腐蚀衬度区,组织为B2相,热影响区晶粒由熔合线到母材逐渐细化,焊后热处理和同步预热改变β相基体上α2相的析出.     

热处理工艺对Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W显微组织的影响

用电子探针对Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W的铸态和经过热处理之后的显微组织进行了观察和分析,并分析了热处理工艺对Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W显微组织的影响.结果发现:Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W的铸态组织经过热等静压和均匀化处理后,其晶团尺寸减小,层片组织更为完整;Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W合金的α相转变温度为(1 290±5)℃;Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W合金在超过1 295℃的温度进行热处理时,其显微组织由近层片组织转变为全层片组织.经过热等静压和均匀化处理后Ti-45Al-7Nb-0.15B-0.4W合金的基本形貌为初生γ相 层片状晶团,有β相析出,其形貌为针状、点状、颗粒状.     

激光焊接热输入对Ti2AlNb合金组织性能的影响

研究激光焊接热输入对Ti-22Al-27Nb(at%)合金焊缝成形和力学性能的影响,利用OM、SEM、XRD和TEM等手段对焊接接头的显微组织特征进行了分析,并探讨了焊后热处理对焊接接头组织性能的影响。结果表明,连续激光焊接可以获得无缺陷、成形良好的焊接接头。焊缝区域组织主要为柱状的B2相,柱状晶的生长方向垂直于熔合线。焊缝和热影响区的显微硬度要高于母材,焊缝的平均显微硬度最高。随着热输入的增加,焊接接头的室温抗拉强度增加,但是焊接接头的延伸率较低。焊接接头650℃高温强度为母材的71%~75%,塑性则仅为母材塑性的40%左右。经过焊后热处理,焊缝由B2+O相组成。O相增多使得焊缝的室温强度略有提高,且提高了650℃高温拉伸性能,高温抗拉强度最高可达母材的87.5%。     

Ti2AlNb异形粉末环件的轧制成形与性能研究

采用预合金粉末热等静压工艺制备了名义成分为Ti-22Al-24.5Nb-0.5Mo (原子分数,%)的Ti_2AlNb合金及大尺寸异形环坯(直径大于800 mm),采用热模拟压缩实验研究了Ti_2AlNb粉末合金的热变形行为,并对异形粉末环坯进行了轧制实验,分析了轧制前后的组织性能变化。结果表明,Ti_2AlNb粉末合金的热加工窗口宽且开裂倾向小,具有更均匀的化学成分和α_2相分布,但其应力抖动更加明显。优选1035～1045℃为Ti_2AlNb粉末异形环的变形温度区间,Ti2AlNb粉末异形环坯经两火轧制后,无损检测表明无任何裂纹产生。热变形促使Ti_2AlNb粉末合金的O板条细化和α_2相球化,热处理后,粉末制坯+环轧成形Ti_2AlNb合金为近两相(B2+O)组织,合金的室、高温拉伸塑性显著提高。     

粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI合金显微组织研究

采用包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI(extra low interstitial)合金,研究了热等静压温度、粉末粒度、后续热处理温度对合金显微组织的影响。当热等静压温度在800℃时,粉末体压坯显微组织保持颗粒形态,致密度为99.2%;当温度在900~940℃时,显微组织演变为完全致密、细小的等轴晶。在α相区热等静压温度下,包套中的Fe在基体中的扩散不明显;在α+β、β相区温度下,Fe在β相中向基体快速扩散,影响合金表面质量。粉末粒度越大,合金的平均晶粒尺寸越大,残留孔隙较多。在α相区热处理,显微组织仍为细小等轴晶;当温度升至1000℃时,出现热致孔隙。     

焊后热处理对Ti-22Al-27Nb合金激光焊接接头组织与高温性能的影响

研究焊后热处理对激光焊接2.5 mm厚Ti-22Al-27Nb合金组织和高温力学性能的影响。结果表明,Ti-22Al-27Nb合金激光焊接焊缝组织为单一的B2相。焊缝650℃高温抗拉强度为母材的75%,塑性则仅为母材塑性的40%左右。拉伸断口形貌为岩石状,呈现沿晶断裂特征。经过焊后热处理,焊缝组织为B2相+O相。相对于未热处理接头,热处理后焊缝和热影响区的硬度下降很多并趋于平缓。热处理温度750℃、保温时间1 h时焊接接头650℃高温抗拉强度达到了母材的87.5%,塑性为母材的82.2%,接头断裂形式为解理断裂。     

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。