TC4钛合金惯性摩擦焊接头温度场分析

通过对惯性摩擦焊过程摩擦机理的分析 ,讨论了TC4钛合金惯性摩擦焊工艺参数与焊接过程界面摩擦扭矩及能量转换的关系 ,采用热电偶对TC4钛合金惯性摩擦焊焊接过程接头温度分布进行了测试 ,焊接接头沿径向温度梯度很大 ,中心温度接近80 0℃ ,边缘达 136 0℃。通过显微组织分析验证了测量结果 ,焊缝中心为细小的等轴组织 ,沿径向晶粒长大飞边为针片状组织。     

TC4钛合金高转速惯性摩擦焊接头组织及性能分析

采用高转速(3500～4300 r/min)惯性摩擦焊方法焊接TC4钛合金,观察了不同焊接工艺条件下焊接接头的显微组织,讨论了高转速条件下惯性摩擦焊接接头组织的形成机理,分析了焊接接头的性能.结果表明,TC4钛合金惯性摩擦焊焊接接头的形状呈"V"字型,焊缝区和热影响区的组织特征与低转速条件下的显微组织一致.焊缝组织沿径向变化,心部为细小的等轴晶,向外逐渐过渡为片状组织;焊缝区的硬度高于母材和热影响区;接头拉伸试样断裂于母材.     

转速对TC4摩擦焊接头温度分布与微观组织的影响

采用连续驱动摩擦焊技术对TC4钛合金进行了连接。利用热电偶测温及金相显微镜观察等分别研究了不同转速下TC4钛合金焊接接头界面区的温度分布及微观组织变化。结果表明,焊接界面的升温速率和峰值温度均随转速增加而增大,初始摩擦阶段升温速率最高达762℃/s,峰值温度最高达1041℃,且转速越高,焊接界面温度沿径向分布的均匀性越好。TC4摩擦焊接头焊合区组织为网篮状组织,热力影响区为双态组织。网篮状组织随转速增加而明显粗化。     

金属的焊接性

20093043TC4钛合金高转速惯性摩擦焊接头组织及性能分析/赵红凯…//焊接.-2008(11):46~49采用高转速(3500~4300r/min)惯性摩擦焊方法焊接TC4钛合金,观察了不同焊接工艺条件下焊接接头的显微组织,讨论了高转速条件下惯性摩擦焊接接头组织的形成机理,分析了焊接接头的性能。结果表明,TC4钛合金惯性摩擦焊接头呈"V"形,焊缝区和热影响区的组织特征与低转速条件下的显微组织一致。焊缝组织沿径向变化,心部为细小的等轴晶,向外逐渐过渡为片状组织;焊缝区的硬度高于母材和热影响区;接头拉伸试样断裂于母材。图5表3参820093044高氮奥氏体不锈钢MIG焊接头的组织和性能/杜挽生…//焊接.-2008(12):25~29高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一。采用熔化极惰性气体保护焊方法对7mm和14mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,高氮钢MIG焊焊缝和热影响区的组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,焊接接头强度与母材相当。7mm厚板MIG焊焊接接头具有较好的韧性,而14mm厚板热影响区韧性较低,其原因为经历多次焊接热循环导致敏化区的碳化物Cr23C6...     

金属的焊接性

20093043TC4钛合金高转速惯性摩擦焊接头组织及性能分析/赵红凯…//焊接.-2008(11):46~49采用高转速(3500~4300r/min)惯性摩擦焊方法焊接TC4钛合金,观察了不同焊接工艺条件下焊接接头的显微组织,讨论了高转速条件下惯性摩擦焊接接头组织的形成机理,分析了焊接接头的性能。结果表明,TC4钛合金惯性摩擦焊接头呈“V“形,焊缝区和热影响区的组织特征与低转速条件下的显微组织一致。焊缝组织沿径向变化,心部为细小的等轴晶,向外逐渐过渡为片状组织;焊缝区的硬度高于母材和热影响区;接头拉伸试样断裂于母材。图5表3参820093044高氮奥氏体不锈钢MIG焊接头的组织和性能/杜挽生…//焊接.-2008(12):25~29高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一。采用熔化极惰性气体保护焊方法对7mm和14mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,高氮钢MIG焊焊缝和热影响区的组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,焊接接头强度与母材相当。7mm厚板MIG焊焊接接头具有较好的韧性,而14mm厚板热影响区韧性较低,其原因为经历多次焊接热循环导致敏化区的碳化物Cr23C6...     

TC4钛合金搅拌摩擦焊连接组织形貌研究

使用搅拌摩擦焊技术成功地实现了TC4(Ti-6Al-4V)钛合金的有效连接,并对焊接接头组织进行了研究.结合TC4钛合金搅拌摩擦焊的特点,分析了TC4钛合金搅拌摩擦焊接头焊合区的组织形貌及特征.结果表明:TC4钛合金搅拌摩擦焊接头焊合区组织为细密的等轴晶组织,焊接过程中焊缝最大温度并未超过相变温度,且经历了很大的塑性变形.焊缝与母材过渡区域存在大量α/β界面相及界面产物,α/β界面相及界面产物会对接头力学性能造成不良影响,应进行焊后热处理予以消除.     

TC4钛合金摩擦焊接头的力学性能及显微组织

对钛合金TC4（Ti-6Al-4V）摩擦焊接性能进行了较详细的试验分析。结合摩擦焊接参数的优化选择,叙述了该合金摩擦焊接过程的特点,讨论分析了其焊接接头的力学性能及焊合区的显微组织结构。试验结果表明,该合金具有良好的摩擦焊接性,在无特殊保护措施的条件下,优化工艺,可获得良好的焊接接头。由于TC4钛合金导热系数小,热塑性高,容易氧化,摩擦焊亦选用较小的规范参数。焊合区硬度略低于母材,拉伸度样断于母材,拉伸、冲击断口均表现出明显的韧性断裂特性。力学性能数据表明,用优化的规范参数,TC4钛合金可获得等强、等韧甚至超强、超韧于母材的摩擦焊接接头。TC4钛合金摩擦焊接接头焊合区组织为细密的网蓝状组织,焊合区与母材过渡区为双态组织。     

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.     

振幅对线性摩擦焊接头组织和元素分布的影响

针对航空发动机整体叶盘常用的TC11和TC17钛合金,在线性摩擦焊设备上进行了试件焊接,对TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头进行了金相组织观察和电子探针测试,并测量了焊接过程的温度.结果表明,当其它工艺参数不变时,TC17侧焊合区的宽度随着振幅的减小而变宽,两侧热力影响区的组织沿着受力方向被拉长,而焊核区的组织为动态再结晶组织.Cr元素的浓度变化距离随着振幅的增加而增大.焊接过程的温度可达到1 200℃,超过了钛合金的β转变温度.     

采用Ni基合金为中间层的TC4钛合金扩散焊接工艺

采用Ni基非晶态合金作为中间层对TC4钛合金进行了不同工艺参数的真空搭接扩散焊试验,通过对接头性能测试及对接头微观组织分析,研究了扩散焊工艺参数对接头性能的影响规律.试验结果表明,焊接温度和保温时间对接头质量有很大的影响.在本试验条件下,TG4钛合金添加Ni基合金为中间层扩散焊的最佳焊接工艺为焊接温度1 020℃、焊接...     

连续驱动摩擦焊制备钛合金管件

采用连续驱动摩擦焊制备了Ti6246钛合金、TA2纯钛管材及TC4钛合金盲孔管，分析了焊接工艺参数对飞边形貌的影响，着重分析了焊接接头在热处理条件下的组织特征与力学性能。研究结果表明，在该研究试验的焊接工艺参数范围内，焊接工艺参数对焊接接头的性能影响很小；Ti6246管材及TA2管材的摩擦焊系数可达0.99；，摩擦焊可以破碎焊合区组织，焊合区组织明显比母材细小；摩擦焊后TC4盲孔管焊合区的组织类型发生改变，从魏氏体组织变为网篮组织，抗拉强度降低60 MPa，但焊接系数仍可达0.94，塑性和韧性优于母材。     

钛合金线性摩擦焊接头动态再结晶规律研究

针对TC4/TC17异种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各区域的微观组织进行了分析,并采用透射电镜分析了钛合金线性摩擦焊接头焊合区的动态再结晶规律。结果表明:在焊接升温的过程中,TC4/TC17钛合金线性摩擦焊焊缝区已经达到β转变温度。在热和力的作用下,焊缝中心处金属发生动态再结晶,生成了细小的等轴晶粒。由于焊合区在共生晶粒形成之后又经历了强塑性变形,焊合区的晶粒内部产生了高密度的位错。位错运动形成亚晶界,焊合区形成亚晶粒,并以亚晶粒为形核核心,发生动态再结晶过程。     

钛合金/纯铝异种金属摩擦焊接工艺

进行了TC4钛合金与L5纯铝异种金属的摩擦焊接工艺及其焊后回火热处理工艺研究,利用光学金相分析、扫描电镜EDX线扫描、拉伸性能及硬度的测试,探讨了TC4钛合金与L5纯铝异种焊接接头焊合区的微观组织及其力学性能.研究表明,T℃4钛合金与L5纯铝间具有良好的摩擦焊接性,焊合区无金属间化合物相生成,焊接接头强度等于或高于铝基材.经焊后回火热处理,摩擦焊接头两侧主要合金元素的扩散区宽度增大,焊合区钛合金侧的硬度值因时效作用而有所提高.     

TC4/TC17线性摩擦焊接头组织及力学性能

针对航空发动机整体叶盘常用的TC4和TC17钛合金开展线性摩擦焊研究,对接头的组织进行了金相和电镜观察,并测量了焊接过程的温度．结果表明,接头分为母材、热力影响区和焊合区三部分,其热力影响区组织只发生了α相和β相沿受力方向的重新排列,焊合区发生了再结晶．温度测量表明,焊接过程的最高温度可达到1270℃,超过了钛合金的β转变温度．拉伸测试表明,在室温和200℃进行拉伸测试时,接头的抗拉强度与TCA母材等强,而在400℃进行测试时,接头抗拉强度能达到TCA-母材的95％．     

TC4线性摩擦焊过程的功率曲线研究

用自制的XMH-160型线性摩擦焊机进行TC4钛合金线性摩擦焊工艺试验,检测了焊接过程摩擦功率及界面温度的变化曲线,结合焊接过程界面剪切强度的变化曲线,论述了摩擦功率曲线的变化规律,并探讨了TC4线性摩擦焊焊接接头的形成机理.     

异种钛合金线性摩擦焊组织演变及超扩散机理

研究了TC11和TC17异种钛合金在不同摩擦压力（22～47 MPa）下的线性摩擦焊组织演变和超扩散机理。通过扫描电子显微镜分析接头的微观结构，并通过电子探针分析了接头界面近域的原子浓度。结果表明，焊缝区域温度超过β相变温度，焊接后接头温度迅速下降，焊缝组织转变为完全再结晶组织。焊缝界面处原子发生了超扩散现象，典型原子的扩散系数约为扩散焊接处原子的100倍。在试验参数范围内，增加摩擦压力会增加典型原子扩散距离。     

TC17线性摩擦焊界面温度分析与测量

焊接过程中的界面温度是研究接头组织形成变化机理的关键参量。根据线性摩擦焊接过程准稳定摩擦阶段焊件中（不包括飞边）准稳定温度场基本保持不变,所产生的热量主要被飞边带走的特点,通过理论分析,求解出了线性摩擦焊接过程准稳定摩擦阶段焊接界面的平均温度,利用半自然热电偶实际测量了TC17钛合金线性摩擦焊接时的焊接界面不同位置的温度变化。结果表明,典型参数下TC17准稳定摩擦阶段焊接界面的实测温度大约为1 228℃,焊后冷却至500℃的速度约52℃/s,准稳定摩擦阶段焊接界面中心点和边缘点的温度相差不超过10℃,界面中心点的升温速率以及降温速率均高于边缘点,测量值与理论计算值相差不超过10%。     

边界散热条件对TC4线性摩擦焊接温度场的影响

基于ABAQUS软件建立了线性摩擦焊二维热力耦合数值模型,研究了边界散热条件对TC4钛合金线性摩擦焊接头温度场的影响。结果表明,在摩擦阶段,边界散热条件对TC4钛合金线性摩擦焊的接头最高温度及高温分布区域没有影响。在冷却阶段,边界散热条件对接头温度场呈现不同影响,在初始5 s内,边界散热条件对接头温度场几乎没有影响;在接头冷却5 s后,散热条件对接头温度场的产生了显著的影响,在冷却100 s时刻,A、B和C散热条件下接头最高温度分别为181℃、61℃和23℃。     

钛合金线性摩擦焊接头焊接缺陷分析

本文选用几种不同工艺参数对TC17钛合金进行线性摩擦焊试验。采用填埋热电偶的方法测量焊接过程中界面温度,运用光学显微镜、扫描电子显微镜等测试手段对接头焊接缺陷进行深入分析,利用显微硬度仪测量了两种不同参数下接头的显微硬度分布。研究表明：当振幅a=1mm时,焊接过程中热输入严重不足,无法得到良好的焊接接头,焊接过程中界面最高温度仅达到相变点附近,而采用a=3mm焊接时,界面温度可以达到1170℃。振幅a=1mm得到的TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头界面会出现孔洞、磨损颗粒、氧化物及夹杂、局部未焊合等焊接缺陷。显微硬度测试结果表明：在a=3mm参数下接头焊缝中心显微硬度值最低,相反残留氧化物及夹杂的存在使得振幅a=1mm时得到的接头焊缝中心显微硬度值达到最大。     

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.