激光沉积制造TC4/TC11直接过渡界面组织及性能研究

通过激光沉积制造(LDM)技术制备了TC4/TC11双合金直接过渡试样,并对其进行了去应力及固溶时效热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机和硬度计对试样的显微组织和拉伸断口进行了观察,并对其拉伸性能和显微硬度进行了测试及分析。结果表明,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,TC4/TC11双合金直接过渡处的抗拉强度与TC4抗拉强度相近,TC4/TC11双合金直接过渡处的塑性低,拉伸断口为韧性断口,室温拉伸的断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金直接过渡界面的性能良好;对该双合金直接过渡处的组织分析解释了其硬度变化的趋势。     

退火对Ti-22Al-25Nb/TC11电子束焊接接头组织与拉伸性能的影响

研究退火对电子束焊接Ti-22Al-25Nb/TC11接头组织和拉伸性能的影响。结果表明,在TC11侧热影响区,出现针状α相;而在Ti-22Al-25Nb侧热影响区,出现少量的α₂相和O相;经过退火处理后焊缝区缺陷有小幅度改善,沿晶界出现了细小的点状和针状析出相;焊态的Ti-22Al-25Nb/TC11试样抗拉强度低、塑性差,退火处理后的室温拉伸性能无改善甚至有所降低。要更大程度地消除缺陷、提高性能,只能通过压力加工的方式配合后续热处理才能实现。     

热处理对激光沉积TC4/TC11组织和性能的影响

通过对激光沉积TC4/TC11钛合金直接过渡件沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。研究结果表明,沉积态试样在970 ℃热处理后α板条的长宽比小于沉积态和退火态,两侧组织均呈现典型的网篮组织特征且更为均匀,晶界α相彻底消失,过渡界面基本消失,使得TC4/TC11组织参数最优化;沉积态、去应力退火和固溶时效(最优热处理参数)热处理后试样的拉伸断口为韧性断口且均断在了TC4侧,其中固溶时效热处理后试样强度没有明显降低,塑性得到显著提高,具有良好的综合力学性能;当热处理温度提高到970 ℃(最优热处理参数),该试样沿着整个过渡界面显微硬度值分布最均匀、差异最小,基体与过渡界面处显微硬度值变化也最小。     

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。     

氩弧焊修复激光成形TC11钛合金组织及高周疲劳性能

采用氩弧焊对沉积态激光成形TC11钛合金进行修复并进行双重退火热处理.观察分析了修复试样热处理前后各区域的组织,测试了高周疲劳极限并进行分析.结果表明,修复区宏观组织呈柱状晶形貌,热影响区和基材区呈柱状晶和等轴晶交替排列形貌.热处理前修复区和热影响区为超细针状α相分布在β相基体中,基材区为较细的网篮组织;热处理后各区域的微观组织均为板条状初生α相+β相转变组织,修复区初生α相长度显著大于其它区域.修复件高周疲劳极限下降约7.1%.断口分析表明:修复件疲劳源均为修复区气孔,气孔缺陷是疲劳性能下降的主要原因;疲劳源区呈α相解理、β相撕裂形貌.     

B780CF高强钢板焊接接头的疲劳性能分析

采用升降法在拉压载荷的作用下,对B780CF高强钢板原始态(调质态)、退火态(调质后退火)以及焊接接头退火态(调质板焊接后退火)的疲劳性能进行测试,得出应力比为-1条件下的B780CF原始态、退火态以及焊接接头退火态的疲劳极限分别为400 MPa,415 MPa和360 MPa。经历焊接热循环和消应力退火之后,B780CF焊接接头的冲击韧性急剧下降,热影响区粗晶区晶粒粗化,细晶区与母材之间的过渡区软化,并沿晶界析出托氏体;经扫描电镜的观察显示,高强钢板及其焊接接头的疲劳裂纹可萌生于疲劳试样的表面,也可萌生于疲劳试样内部的夹杂物和组织异常区域。     

TC4钛合金电子束连接组织与性能演变

对厚20 mm的TC4钛合金板真空电子束连接过程温度场进行数值模拟,并对其进行了退火处理。采用光学显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机、冲击试验机等分析了退火前后电子束接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4钛合金真空电子束连接过程中连接区及其附近热影响区存在较大的温度梯度,可高达1 000℃;退火处理后接头组织为针状马氏体α′相,热影响区组织为针状马氏体α′相和原始的α相与β相,电子束接头显微组织组成相未发生变化,但其晶粒尺寸细化;退火处理消除了电子束接头热影响区到母材区的硬度突变现象,接头抗拉强度达到母材的98%,冲击韧度较退火前提高了6.0%以上。     

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。     

TC4钛合金电子束焊接头低周疲劳性能与断裂行为

文中比较了30 mm厚TC4电子束焊接头和母材的低周疲劳性能。试验结果表明,母材的低周疲劳性能稍优于接头,母材和接头的应变疲劳极限分别为0.49%和0.44%。对接头的疲劳断裂位置进行了观察,接头的疲劳断裂位置在焊缝。对接头和母材的疲劳断口进行了观察,疲劳裂纹源均出现在试样表面,疲劳裂纹扩展区均发现典型的疲劳辉纹,但接头的辉纹间距要小于母材,最后拉伸断裂区均发现韧窝,为韧性断裂。最后运用高分辨SEM对接头的组织进行了研究,母材为典型的双态组织,主要是由等轴α相和晶间β相构成,热影响区等轴α相边缘逐渐溶解,转变成较多的层状α’相,焊缝主要是由针状α’相组成的网篮状组织构成。     

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。     

60mm厚TC4钛合金电子束焊接头疲劳性能

针对大厚度钛合金在海洋领域的应用,开展了60 mm厚TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头疲劳性能的研究. 对EBW接头和母材的疲劳性能进行测试,分析接头疲劳性能的均匀性,绘制S-N曲线对比分析母材与接头的疲劳性能,并采用扫描电镜观察疲劳试样断口以解明断裂路径. 结果表明,EBW接头疲劳性能测试断裂多发生在母材,少数断裂在热影响区,接头疲劳性能沿熔深方向由上至下逐步降低,电子束焊接接头比母材高出10%,接头疲劳试验断口可分为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个典型区域,裂纹起源于试件表面边缘处.     

不同热处理对TC4/Ti60电子束焊接头微观组织及力学性能的影响

采用不同热处理工艺对10 mm厚的钛合金TC4/Ti60电子束焊接接头进行了研究,对比分析了TC4/Ti60接头在分别经历退火700℃×2 h(AC)及固溶时效980℃×1 h(FC)+700℃×2 h(AC)后,在显微组织、显微硬度及拉伸性能等方面的特征。结果表明:TC4/Ti60接头经过退火后,组织和性能与焊态相当,但当TC4/Ti60接头经过固溶时效后,TC4/Ti60接头的组织更均匀,硬度及强度比退火时略低,并且塑性增加,综合性能良好。     

承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头的疲劳性能

利用自行研制的HJ-II型超声冲击处理装置对钛合金十字接头焊趾处进行了处理,并对接头的疲劳性能进行了研究.结果表明,在应力比R=0.5加载条件下,非承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了约73.5%,寿命延长了12~17倍左右,承载超声冲击处理的TC4钛合金焊接接头较原始焊态的疲劳强度提高了148.1%,寿命延长了23~26倍左右.同时,从超声冲击前后应力集中系数的改变、焊接接头残余应力的改变、接头焊趾区表层塑性变形及硬度的变化等几个方面阐述了超声冲击提高焊接接头疲劳性能的机理,特别是承载超声冲击提高TC4钛合金焊接接头疲劳性能的原因.     

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。     

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。     

TC4 ELI钛合金显微组织对低周疲劳性能的影响

通过分析TC4 ELI合金在不同应力幅下的应变-循环次数曲线,研究了双态和片层2种典型组织的低周疲劳性能。组织观察发现:双态组织中等轴α相体积分数约26.6%,等轴α相平均晶粒尺寸约7.8μm。片层组织试样中,α相的片层厚度为0.5～2.0μm。低周疲劳性能结果表明:在最大应力水平下,不同组织的TC4 ELI合金均表现出显著的循环软化现象,双态组织具有更加优异的疲劳性能,这主要是因为双态组织中有效的滑移程远小于片层组织,此外高位错密度等轴α相的存在也阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展。断口形貌分析发现:双态组织试样的疲劳断口平整光滑,而片层组织断口则出现了与原始粗大的β晶粒有关的几何形刻面。     

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.     

激光成形修复TC4合金锻件的低周疲劳性能

采用激光成形修复技术制备了TC4合金锻件的面修复试样,对修复试样的显微组织、拉伸性能、低周疲劳性能进行了研究。激光修复区组织由粗大原始β柱状晶粒及晶内细长的α针及编织细密的α+β板条组织组成,热影响区组织呈现从锻件基体组织向修复区组织的连续变化,修复区与锻件基体为致密的冶金结合。对两组面修复试样分别进行去应力退火和去应力退火+喷丸处理后,测试获得了激光成形修复TC4合金锻件的低周疲劳曲线,由于面修复试样的拉伸性能与锻件相比强度高而塑性低,因此两组修复试样的疲劳寿命在低应变区高于TC4模锻件,此区强度对疲劳寿命起主要作用;而在高应变区低于模锻件,此区塑性对疲劳寿命起主要作用。修复试样经喷丸处理后,无论在高应变区还是在低应变区,其疲劳寿命都有所提高,并且在高应变区接近TC4模锻件水平,而在低应变区则高出模锻件一个数量级。     

退火处理对P91钢管TIG焊接头组织结构及性能的影响

对P91耐热钢管结构TIG焊接头进行退火处理,并试验分析接头的显微组织和硬度分布。试验结果表明,退火后接头热影响区组织由粗大的板条马氏体转变为片状马氏体,且残余奥氏体的数量减少。退火处理后接头焊缝组织为针状或片状马氏体,且组织中存在一些铁素体组织。退火处理后接头各区域硬度变化趋于平缓,热影响区的硬度约为270~300 HV,而焊缝的硬度约为240~270 HV。770℃退火处理后焊接接头热影响区和焊缝的硬度与750℃退火处理相比稍高。硬度分布的变化与焊缝及热影响区组织结构变化密切相关。     

成分梯度对激光沉积制造TC4/TC11连接界面组织和性能的影响

通过对不同成分梯度激光沉积TC4/TC11钛合金试样沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口、室温耐磨性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。结果表明,当固溶时效热处理温度升高至970℃时,TC4/TC11钛合金显微组织中α板条的长宽比更小,其中球状α相和短棒状α相数目明显增多,且具有3层过渡区的显微组织更为均匀有序,过渡界面基本消失;不同成分梯度的固溶时效态试样的强度和塑性随着过渡层数的增加而增加;过渡层为1层和3层试样的摩擦系数曲线相似,过渡层为0层试样的摩擦系数较小,且不同成分梯度的固溶时效态试样磨损机理均主要为剥层磨损和黏着磨损;不同成分梯度试样的硬度排序为:沉积态去应力退火态固溶时效态。