TC4钛合金电子束焊接接头高温性能与组织

通过高温拉伸试验、高温持久拉伸试验以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和高温性能进行了研究.结果表明,用电子束焊接TC4钛合金可获得高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的高温抗拉强度为630 MPa,与母材相当.高温持久拉伸时焊接接头在400 ℃下100 h的持久强度大于600 MPa,不低于TC4钛合金母材同等条件下的持久强度.TC4钛合金母材室温下的组织为典型的轧制状态组织,即拉长了的针状α β组织,焊缝组织是由原始β相转变而成的α'相,即针状马氏体.经高温拉伸和高温持久拉伸后焊缝晶粒均明显长大,但其晶粒的长大程度与高温持续时间无关.     

钎焊循环对IC10合金TLP扩散焊接头高温持久性能影响

研究了钎焊循环对过渡液相扩散焊(TLP)接头高温持久性能的影响。结果表明:钎焊循环对IC10合金TLP扩散焊接头高温持久性能没有不利影响。IC10合金TLP纵向焊接接头在980℃/100 h的持久强度达到母材相应强度的87%,IC10合金TLP横向接头在980℃/100 h持久强度为120 MPa,达到母材同样条件下持久强度的92%。钎焊循环对TLP扩散焊接头断口形貌影响不大,宏观断口形貌均呈现细小凸凹,高倍微观断口呈现韧窝形貌,表明IC10合金接头为韧性断裂。     

工艺参数对IC10单晶TLP接头组织和性能的影响

采用自制镍基非晶合金箔带KNi3A,在1 240℃对IC10单晶进行过渡液相扩散连接.利用扫描电镜对接头组织进行观察和分析,研究了不同焊接参数下获得的焊缝组织,并对接头进行了高温拉伸和高温持久性能测试.结果表明,当焊缝间隙为0.04 mm时保温10 h,接头组织与母材相同,接头高温力学性能良好;焊缝间隙为0.04 mm保温6 h和焊缝间隙为0.08 mm保温10 h时,无法获得完全等温凝固组织的接头,接头中存在共晶组织和化合物相,接头高温力学性能较差.     

IC10与GH3039高温合金的真空钎焊

采用Co50NiCrWB钴基钎料及Rene’95高温合金粉末对IC10与GH3039高温合金进行了真空钎焊及大间隙钎焊。试验结果表明,采用Co50NiCrWB钎料及Rene’95高温合金粉末在1180℃／30min规范下钎焊IC10与GH3039高温合金,可获得致密完整的IC10／GH3039钎焊接头及大间隙钎焊接头,接头在900℃下的拉伸性能和持久性能均超过GH3039母材水平,拉伸和持久试验时,断裂都发生在GH3039母材中。     

FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊连接FGH98合金,研究了热处理对FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织以及力学性能的影响。结果表明,原始态焊接接头焊合区主要由γ 和 γ′ 两相组成,γ′相在焊接过程中发生了回溶,残余γ′相尺寸和数量均明显降低,经过热处理后,焊合区晶粒尺寸、残余γ′ 相的尺寸和数量未发生明显变化;原始态焊接接头的焊合区的硬度值最高,在焊合区的中心区域存在硬度降低的现象,热处理态焊接接头显微硬度整体分布相比原始态硬度值未发生较大变化;焊接接头室温拉伸的断裂位置在母材区,屈服强度大于1 130 MPa,达到母材的93%以上;抗拉强度大于1 616 MPa,达到母材的99%以上;750 ℃拉伸的断裂位置在焊缝区,屈服强度大于1 025 MPa,达到母材的99%以上;抗拉强度大于1 197 MPa,达到母材同等水平。 创新点：(1)采用惯性摩擦焊焊接FGH98镍基粉末高温合金,研究了热处理前后的焊接接头微观组织形貌。 (2)结合微观组织分析,对力学性能进行了研究。     

K447A+GH4169惯性摩擦焊接头组织与高温力学性能

针对新型镍基铸造高温合金K447A和变形高温合金GH4169异种材料惯性摩擦焊工艺进行研究,对热处理后接头微观组织和高温力学性能进行试验分析,结果表明,K447A和GH4169惯性摩擦焊接头飞边成形良好,飞边根部无明显缺陷存在;接头焊缝区组织为完全再结晶组织,焊缝组织中的γ'和γ'相热处理后重新弥散析出,K447A侧仅形成了3 ~ 10 μm宽的再结晶区;通过接头高温力学性能试验,结果表明,接头高温拉伸和高温扭转性能断裂位置在K447A母材侧,400 ℃高周疲劳强度达到355 MPa. 在最大应力720 MPa,试验温度400 ℃条件下低周疲劳寿命均超过30 000次.     

1Cr12Ni3MoVN钢TIG焊接接头的组织与高温性能

1Cr12Ni3Mo VN(S/SJ2)钢是一种含有12%Cr的低碳马氏体不锈钢,在航空发动机中广泛使用。本文对1Cr12Ni3Mo VN钢板材TIG焊接试样进行了高温瞬时拉伸试验、高温持久拉伸试验以及组织分析,研究了焊接接头的显微组织和高温性能。结果表明:拉伸试验时断裂均发生在热影响区的回火区。用TIG焊接1Cr12Ni3Mo VN钢能获得高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的高温抗拉强度为766.7 MPa,与母材相当。高温持久拉伸时焊接接头在500℃、负载400 MPa条件下,蠕变寿命为240.71 h,与1Cr12Ni3Mo VN钢母材在同等条件下的蠕变寿命248.56 h相当。母材与焊接接头高温瞬时拉伸试样、高温持久拉伸试样的断口形貌均为浅韧窝形。室温下母材组织为具有良好综合力学性能的回火索氏体,焊缝组织为铸态的板条马氏体。高温瞬时拉伸及高温持久拉伸后焊缝马氏体组织明显长大,但随高温时间的变长组织长大趋缓,其长大程度变化不明显。     

第二代单晶高温合金DD6高性能钎焊接头的组织及力学性能

采用新设计的镍基钎料在1220℃、30 min条件下钎焊了第二代单晶高温合金DD6,分析了不同钎缝间隙(0.05、0.10和0.15 mm)对接头组织和性能的影响.结果表明,新镍基钎料获得的DD6高温合金钎焊接头的钎缝基体为与DD6母材相似的γ+γ′双相组织.随钎缝间隙的增大,脆性硼化物相逐渐增多,且由断续条状转变成粗大的鱼骨状;在0.15 mm间隙内预填FGH95高温合金粉末后,鱼骨状硼化物相变得细小、弥散.当钎缝间隙由0.05 mm增至0.10 mm,内部γ+γ′双相组织更细小,且钎缝中γ′相强化元素Al、Ti、Ta的总量高,对接头起到了良好的强化作用,钎焊接头在980℃的高温拉伸强度为694 MPa.按DD6母材标准热处理制度对钎缝间隙为0.10 mm的钎焊接头进行焊后时效处理,钎缝基体组织中的γ+γ′双相组织形貌得到有效调控,γ′立方化程度增加,接头在980℃的高温拉伸强度为807 MPa,与DD6母材自身的强度相当.     

镍基单晶高温合金钎焊接头的微观组织与性能

采用一种含B，Si的镍基合金钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金，利用SEM，EPMA分析接头的微观组织与相组成，探究降熔元素B和Si的扩散机制及接头形成机理. 结果表明，不同间隙焊缝的微观组织相似，相组成相同，但随着间隙的增加，焊缝中的硼化物析出相增多，同时出现微孔等缺陷；对于相同焊缝间隙的接头，随着保温时间的延长，焊缝中的硼化物相的平均尺寸在一定程度上增大，且分布更加集中，母材与焊缝间的界面连接层厚度增加. 钎焊过程中，B元素集中分布于焊缝中心区，与Cr，W，Mo等元素反应，形成脆性硼化物相M₃B₂，B元素未向母材中扩散，近焊缝区中未见硼化物相析出；Si元素不仅在焊缝中心区形成镍硅化物相，也向母材中扩散，在近焊缝区形成含Si元素的镍基固溶体. 对不同焊缝间隙与保温时间的单晶钎焊接头在980 ℃/100 MPa条件下进行持久性能测试. 结果表明，单晶钎焊接头的持久寿命随着焊缝间隙的增加而降低，随保温时间的延长而升高，但当保温时间延长至30 min以上时，接头持久寿命没有显著增加.     

镍箔中间层厚度对GH4099合金固相扩散焊质量的影响

采用2， 4和 10 μm 镍箔作为中间层，在1 120 ℃/4 MPa/60 min焊接条件下，对高温合金GH4099进行固相扩散焊. 采用SEM，EDS分析接头形貌演变、元素迁移，并利用拉伸试验测试其力学性能. 结果表明，添加镍中间层能促进界面的孔洞闭合. 随着镍层厚度由10 μm降低至2 μm，界面处出现晶粒共生现象，元素扩散更加均匀，焊缝析出较大尺寸的强化相，接头抗拉强度提高，2 μm中间层接头平均抗拉强度达到1 180 MPa. 但随着中间层减薄，接头性能对表面粗糙度敏感，拉伸过程中母材对中间层拘束作用使接头塑性变形受到抑制，断后伸长率反而降低.     

取向偏差对镍基单晶高温合金钎焊接头组织与力学性能的影响

采用一种镍基合金钎料在1210℃、30 min条件下对0°+0°、0°+45°及0°+90°3种[001]取向偏差的CMSX-4单晶高温合金进行真空钎焊连接及时效热处理,研究热处理前后母材取向偏差对接头微观组织与力学性能的影响。结果表明,3种取向偏差接头的钎料合金区微观组织与相组成相似,均由γ-Ni、γ′、γ+γ′共晶、M_3B_2型硼化物、CrB、镍硅化合物以及γ-Ni+Ni_3B+CrB三元共晶相组成。钎料中的降熔元素B向母材扩散不明显,接头的扩散影响区未见脆性化合物相析出。接头经过热处理后,元素扩散均匀,脆性的化合物相减少。当焊缝两侧的母材存在取向偏差时,焊缝中心处可观察到连续的晶界。对3种取向偏差钎焊接头进行室温与高温拉伸性能测试可知,母材取向偏差对未热处理的钎焊接头的室温和高温拉伸性能无显著影响,但经过热处理后,母材取向偏差对接头的室温与高温强度影响较大。断口观察发现,断裂位置均为钎料合金区,而经过热处理后的取向偏差接头,裂纹在焊缝中心的晶界处萌生并扩展,导致断裂。     

Mg-Gd-Y-Zr激光焊接工艺优化及高温力学性能

利用光纤激光焊对T6态Mg-10Gd-3Y-0.5Zr板材进行焊接. 以高温抗拉强度为评价指标，采用正交试验对工艺参数进行优化，分析了激光功率对接头高温力学性能的影响. 利用SEM，XRD及HRTEM对最优工艺参数下接头焊缝中心组织、热影响区组织、高温拉伸断口进行观察与分析. 结果表明，激光功率对焊接接头高温力学性能影响最显著. 最优工艺参数下焊接接头200 ℃平均高温抗拉强度为292.1 MPa，为母材的84.5%，断后伸长率为8.6%，达母材的71.1%. 激光功率的变化会导致焊缝中心晶粒尺寸、热影响宽度及其晶粒尺寸和相组成发生变化，从而影响接头高温力学性能. 200 ℃下焊接试件与母材断裂模式均为韧性断裂且热影响区为接头薄弱部分.     

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。     

DD5单晶高温合金钎焊接头的微观组织和力学性能分析

采用Co基钎料在1 180℃/60 min条件下钎焊DD5镍基单晶高温合金,利用SEM,EPMA分析接头的显微组织,讨论接头的焊缝间隙对显微组织和相分布的影响.结果表明,当钎焊间隙为10 μm时,焊缝组织与母材相似,由γ和γ'相构成,其中弥散分布着细小的M₃B₂相;随焊缝间隙的增加,焊缝中形成骨架状M₃B₂相,富钴的γ-Ni,Ni-Si化合物等脆性相;当焊缝间隙大于200 μm时,焊缝中间形成球状的钴基固溶体,在钴基固溶体之间分布着多种化合物相.对接头进行高温拉伸性能测试可知,随着钎焊间隙减小,接头的高温性能提高,接头在870℃的抗拉强度最高可达到792 MPa.     

FGH96/IN718惯性摩擦焊接头高温拉伸断裂特征

为了实现航空用FGH96和IN718异质高温合金高可靠连接，为航空发动机关键部件安全评价及寿命预测提供基础数据及理论支持，采用扫描电子显微镜、金相显微镜研究了FGH96和IN718异质高温合金惯性摩擦焊接头显微组织形貌、高温拉伸试样断口形貌和断裂位置.结果表明，焊接接头焊缝区FGH96和IN718均为等轴晶粒组织，晶粒尺寸约2μm，焊缝区γ’和δ强化相基本全部溶解，热力影响区FGH96侧晶内γ’基本全部溶解，IN718侧δ强化相发生部分溶解，短棒状形貌消失，组织为粗细晶共存组织.焊接接头650℃高温拉伸试样均断裂在焊缝区，但平均抗拉强度可达1 080.8 MPa，基本与IN718母材等强，高温拉伸试样起裂位置均处于试样边缘焊缝区，裂纹产生的原因主要是由于焊缝区γ’和δ强化相基本全部溶解，强化作用消失，性能降低.裂纹产生后沿晶界由焊缝熔合线向试样内部扩展，当裂纹从试样边缘焊缝区四周同时向试样内部扩展时，在轴向拉力作用下形成“平台+凹坑”状断口特征，当裂纹从试样边缘焊缝区局部位置开始向试样内部扩展时，在轴向拉力作用下形成“平台+剪切”状断口特征.     

Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析

采用电子束焊，对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察，并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验，分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头，焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成；焊缝区没有出现明显的元素烧损现象；焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值；焊缝接头抗拉强度达到600 MPa，接近母材抗拉强度，接头断裂形式为韧性断裂；焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区，其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J，冲击断口形貌为韧窝状.     

DZ40M钴基合金钎焊接头微观组织及性能研究

研究了DZ40M定向凝固钴基高温合金的钎焊行为,利用SEM/EDS对钎焊接头的微观组织形貌和物相组成进行了分析,并测试了接头的高温拉伸强度与高温持久寿命。结果表明,接头中间的钎缝组织主要由镍基固溶体与白色条状富W硼化物组成,靠近母材的元素扩散区主要由母材基体和分布在其中的块状硼化物组成,钎缝组织和元素扩散区之间的界面连接区主要由Ni-Co固溶体、灰色块状富Cr硼化物与弥散分布的富Co相组成。对接头的性能测试发现,在980℃下不同钎缝间隙的接头抗拉强度变化不大,抗拉强度约为150 MPa;而在980℃加载66 MPa条件下高温持久寿命随着钎缝间隙的增大而下降。高温持久寿命与钎焊中的硼化物析出相尺寸和含量有关,尺寸越大,含量越高,接头的高温持久寿命越低。     

12Cr1MoVG焊接接头高温短时拉伸及可靠性评价

分别对焊态和焊后热处理(PWHT)的12Cr1MoVG钢焊接接头进行300~600℃高温短时拉伸试验,根据该试验结果可以推算出接头的持久强度。结果表明,随测试温度的升高,两种接头的高温短时拉伸强度降低,伸长率升高。断口形貌分析表明接头的断裂机制由剪切断逐渐过渡到正断。焊态接头的高温短时拉伸强度均高于PWHT态接头。510℃时,焊态及PWHT态接头的持久强度下限(σ105783)分别为61 MPa和86 MPa,均大于某电站锅炉的额定蒸气压力(30.35 MPa)。PWHT态12Cr1MoVG钢接头具有较高的持久强度,因而具有更高的服役可靠性。     

电子束焊接Ti-60高温钛合金的适用性

通过分析Ti-60高温钛合金电子束对接焊接头的微观组织和力学性能,以及焊后热处理对Ti - 60接头高温拉伸与持久性能的影响,研究了电子束焊接高温钛合金的适用性.采用所选择的电子束焊工艺焊接高温钛合金,焊缝成形好,表面缺陷少.分别进行了Ti -60焊接接头的室温、550℃高温拉伸力学性能检测,并且针对高温钛合金电子束焊接接头中易出现针状α '相的现象,采用双重热处理工艺,改善接头性能.结果表明:电子束焊接高温钛合金,焊接适用性好,焊后双重热处理方法能够有效减少焊缝中针状α'相的存在,使得高温钛合金接头的高温拉伸力学性能与持久性能显著提高.     

GH242低膨胀抗氧化高温合金焊接工艺及性能研究

GH242合金具有高强度、低膨胀系数、高抗氧化能力和稳定的弹性模量,是提高航空发动机热效率、推重比和降低油耗率的关键功能结构材料。针对GH242合金板材,研究了该合金采用钨极氩弧焊工艺,并对其焊接接头组织性及力学能进行评价。研究发现,焊接后焊缝主要由长条状树枝晶、针状树枝晶和等轴晶组成,经固溶时效后枝晶形貌消失;焊缝维氏硬度与母材的相当,但在固溶时效后硬度明显提高,说明热处理后焊接接头强度提高。差热分析显示,焊态试样在700℃和813.5℃时发生相变,这也是导致接头高温拉伸性能低的原因。