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.     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的拉伸性能

用电子束焊接50 mm厚TC4-DT钛合金板,对母材、焊缝金属和焊接接头的拉伸性能进行测试,获得了母材和焊缝金属的基本拉伸性能数据,分析了电子束焊接接头显微组织对拉伸性能的影响.结果表明,电子束焊接使TC4-DT钛合金焊缝金属强度增加,塑性和韧性降低,应变硬化能力增强.焊接接头拉伸试验的断裂位置均在离焊缝边缘较远的母材上,母材为整个接头的薄弱环节.母材和焊缝金属拉伸断口均表现出延性韧窝断裂特征.与母材金属相比,焊缝金属拉伸性能的变化与电子束焊接过程中冷却速度快、在焊缝区形成了粗大β柱状晶及针状马氏体有关.     

TC4钛合金焊接接头中压电子束局部热处理技术

电子束局部热处理技术是对整体热处理的一种有益补充,针对TC4钛合金进行中压电子束局部热处理研究。电子束局部热处理后TC4钛合金接头的组织形态与电子束焊态基本相同,但焊缝区的晶粒组织略有细化,焊缝区显微硬度也得到了改善,电子束局部热处理后焊接接头的拉伸力学性能均高于焊态。优化的电子束局部热处理工艺完全可以使TC4钛合金接头的组织力学性能超过焊态。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

采用真空电子束焊对7 mm厚TC4钛合金板进行焊接,利用光学显微镜对焊接接头显微组织进行表征,分析不同区域显微组织,通过显微硬度、拉伸试验、冲击试验、弯曲试验对力学性能进行测试,借助扫描电镜对拉伸、冲击断口形貌进行观察,对焊接接头显微组织演变规律和性能进行研究。结果表明,真空电子束焊焊接接头成形良好,TC4钛合金母材组织由α相和β相组成,焊缝区组织由原始的β相转变而成α′相（针状马氏体）,为粗大的柱状晶组织,热影响区组织由均匀且细小的针状马氏体α′相及原始的α相和β相组成;焊缝区显微硬度高于热影响区和母材区,从焊缝顶部到根部显微硬度逐渐下降;焊接接头抗拉强度高于母材抗拉强度;V形缺口在焊缝区的冲击试样具有较好的韧性。     

TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征

阐明了TC4钛合金电子束焊接接头相变的热力学特征,从热力学角度分析了TC4钛合金电子束焊接接头在不同的热处理条件下形成不同组织结构的机制,为通过改变热处理制度控制TC4钛合金电子束焊接接头相变的方法,提供了理论基础.结果表明,TC4钛合金电子束焊接接头的相变驱动力来源于新相马氏体和母相的化学自由能差,形成的马氏体贯穿整个晶粒,并且其取向呈一定的角度;低于MS点的焊后热处理只能使马氏体长大,而高于MS点的焊后热处理不仅使马氏体长大,还使部分β相成为饱和固熔体,并残留在马氏体片层之间.     

厚壁TC4-DT钛合金电子束焊接接头的微观组织特征

对50mm厚壁TC4-DT钛合金进行焊接试验,通过对接头横截面进行光学显微组织分析和显微硬度测试,研究电子束焊接对该合金微观组织特征的影响。结果表明:TC4-DT钛合金母材显微组织为等轴状初生α相和层片状(α+β)所构成的典型双态组织。焊缝区的显微组织为网篮状马氏体组织α,,焊缝上部粗大的原始β柱状晶界明显,下部原始β晶粒尺寸较小且晶界不明显。热影响区显微组织可分为2个区域,近焊缝热影响区显微组织为少量等轴初生α+针状马氏体α,,近母材热影响区显微组织为等轴初生α+含针状α的转变β组织。2个区域的分界取决于焊接冷却过程的β转变温度。接头焊缝区和热影响区显微硬度偏高,近焊缝热影响区显微硬度达到峰值。另外,不同焊缝深度处显微硬度有差别:随着熔深位置增加,焊缝区的显微硬度呈递增趋势。     

电子束局部热处理对TC4钛合金焊接接头组织和性能的影响

通过对14.5 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接接头的局部热处理,研究了电子束局部热处理对钛合金电子束焊接接头组织、硬度和拉伸性能的影响.结果表明,电子束局部热处理后扫描区内的母材组织晶粒粗化长大,α相在原始β晶界处长大的同时,以层片状或针状的α形态向β晶内生长.局部热处理后冷却速度的降低使焊缝组织中的针状马氏体在分解析出β相的同时转变为α相,变短变厚的α相相互交错排列.另外,局部热处理消除了焊缝和热影响区的硬度突变.同焊后状态相比,局部热处理后焊接接头的整体性能沿焊缝垂直方向得到了均衡和提高,拉伸试样的断裂位置由焊后状态时的热影响区和母材的交界处转移到未经历热处理的母材区域.     

焊后消应力对TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能的影响

研究去应力退火和完全退火两种热处理状态下30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头的组织和性能。结果表明：两种热处理状态下,接头的组织构成类似,BW区以等轴α相+板条状α相与晶间β相组成的双相组织,HAZ区由初生α相、针状马氏体α′相以及板条状α相和β相的双相组织组成,WM区主要由大量的针状马氏体α′相和少量分布在原始β晶界的α相组成。与去应力退火状态相比,在完全退火状态下,接头整体组织更加均匀,α相球化程度更高,抗拉能力更强,抗冲击性能更弱。     

铸态TC4钛合金电子束焊接头组织与性能研究

文中分别采用6种不同电子束焊工艺对厚4 mm和厚6 mm TC4钛合金板进行对接焊,分析了电子束焊接头各区域的显微组织、显微硬度、室温拉伸及冲击韧性等力学性能。结果表明：TC4焊缝区主要为粗大的柱状晶组织,晶粒内部存在交错分布的针状α′马氏体和β相;4 mm和6 mm板的硬度最大值出现在焊缝区,焊缝区冲击韧性较差,4 mm板中1^#试样的冲击韧度最大,约为29.33 J/cm²;6 mm板中2^#试样的冲击韧度最大,约为20.08 J/cm²。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳断口研究

采用单边缺口试样,用扫描电镜观察了TC4-DT钛合金母材及电子束焊接接头焊缝区与热影响区的疲劳断口,分别分析了疲劳裂纹起裂源、扩展区及瞬断区的断口形貌特征.结果表明,疲劳裂纹均起裂于试样缺口根部,并由试样的一侧扩展到另一侧,裂纹扩展初期均沿一定的结晶面扩展,属于脆性穿晶断裂;母材和热影响区的瞬断部位均有明显的韧窝出现,属于塑性沿晶断裂,而焊缝区断口上韧窝不明显;热影响区疲劳断口有疲劳条带出现,但在母材和焊缝区断口上很难看见.     

Investigations of microstructures and properties in electron beam welded joints of TiAl to TC4

The normally centered electron beam and non-centered electron beam welding of TiAl to TC4 was investigated in order to analyze the electron beam weldability between TiAl/TC4 dissimilar materials. Macroscopic cold crack easily occurred near TiAl substrate in the joints. The optimal tensile strength was related to the welding heat input. The weld structures were composed of bulky columnar grains and equiaxed grains. The isolated phases consisted of large quantities of α2 -Ti3Al phase, small quantity of B2 phase, γ-TiAl phase and YAl2 phase. Insufficient melting of the base metal occurred in the weld when the beam position leaned to the TC4 side. The tensile strength could be improved when the deflection was limited in the optimum range. Otherwise, non-fusion zone was easily generated in the weld, which led to the low tensile strength.     

热处理对TC4钛合金电子束焊接件组织性能的影响

对分别处于退火和固溶时效态的TC4钛合金进行电子束焊接,焊后采用不同的热处理工艺,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射(XRD)的方法对这两种TC4焊接件的微观组织及相组成进行了分析,并进行力学性能试验.结果表明,两组试件母材组织均为α相和β相转变组织的机械混合物,但状态和分布不同;退火态试件的热影响区为粗而短的针状α相和少量初生α相,焊缝为单一板条α'马氏体,粗大且分布均匀,属于典型的网篮状组织,而固溶态试件热影响区中的针状α马氏体细小且分布不均;焊缝主要为粗大原始β晶粒内针状回火α'马氏体及晶界α相.这两组试件的抗拉强度及冲击韧度均高于母材,但退火态试件抗拉强度高于固溶态试件,冲击韧度略低于后者.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

轧制+增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能

研究了一种电子束焊接规范对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能.结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体α'相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体α'相.焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右.焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.     

TC4钛合金水下湿法激光焊接焊缝组织与性能

使用光纤激光器对TC4钛合金进行了水下湿法激光焊接试验,通过在TC4表面预置焊接辅助剂实现了增加水下湿法焊接熔深的同时对焊缝进行保护的目的. 对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,预置焊接辅助剂后,焊缝熔深增大,焊接阈值增加,焊缝中裂纹减少. 焊缝中心主要由初生α和马氏体组织α'相组成,在熔池底部还保留有粗大的β晶界,焊缝由于水的急冷作用出现了淬硬组织,显微硬度远高于TC4母材. 水下焊接拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值为439 MPa,呈现为脆性断裂.     

Microstructure and high-temperature mechanical properties of laser beam welded TC4/TA15 dissimilar titanium alloy joints

The microstructure evolution and high-temperature mechanical properties of laser beam welded TC4/TA15 dissimilar titanium alloy joints under different welding parameters were studied. The results show that the weld fusion zone of TC4/TA15 dissimilar welded joints consists of coarsened β columnar crystals that contain mainly acicular α′ martensite. The heat affected zone is composed of the initial α phase and the transformed β structure, and the width of heat affected zone on the TA15 side is narrower than that on the TC4 side. With increasing temperature, the yield strength and ultimate tensile strength of the TC4/TA15 dissimilar welded joints decrease and the highest plastic deformation is obtained at 800 °C. The tensile strength of the dissimilar joints with different welding parameters and base material satisfies the following relation (from high to low): TA15 base material > dissimilar joints > TC4 base material. The microhardness of a cross-section of the TC4/TA15 dissimilar joints reaches a maximum at the centre of the weld and is reduced globally after heat treatment, but the microhardness distribution is not changed. An elevated temperature tensile fracture of the dissimilar joints is located on the side of the TC4 base material. Necking occurs during the tensile tests and the fracture characteristics are typical when ductility is present in the material.     

电子束焊接QCr0.8/TC4焊缝反应层结构及成长分析

QCr0.8/TC4偏铜电子束焊接焊缝由熔合区及反应层组成,其中反应层的组织结构、相组成和反应程度是影响接头抗拉强度的主要因素.参考扩散理论,利用Fick第一定律计算了稳态扩散时Cu,Ti两种组元在界面处的扩散通量比.反应层中优先生成CuTi化合物,其在反应层中为连续生成及分布.通过能谱分析得出反应层的组成依次为Cu CuxTi区,CuTi基固溶体区.其中CuxTi为多种化合物的混合,如Cu4Ti,Cu3Ti,Cu2Ti等.由于电子束焊接接头冷却速度极快,TC4侧靠近熔合线处来不及生成第二相化合物,因此反应层处形成的连续金属间化合物CuTi层使该处变得硬脆且残余应力较大,成为影响接头力学性能的主要因素.