焊后热处理对TA15钛合金线性摩擦焊接头组织和性能的影响

采用前期优化的工艺参数,通过自行研制的线性摩擦焊机焊接TA15钛合金试件,焊后对部分试件进行600℃×3 h的热处理,并对焊态和热处理态组织与力学性能进行对比分析。结果表明,焊态条件下接头组织更细小,为亚稳态组织;热处理态接头组织中析出了次生α相,且晶粒发生球化长大现象,接头组织更加均匀。对两种接头在室温条件下进行拉伸试验,接头拉伸断裂位置均在母材处,且热处理接头的抗拉强度和屈服强度均较焊态下要高。热处理后接头的疲劳强度明显提高。     

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TC17钛合金线性摩擦焊接头组织与力学性能

立足航空发动机整体叶盘叶片发生损伤后采用线性摩擦焊进行修复的背景需求,针对航空发动机常用的TC17钛合金,开展激光成形制备一侧焊接台后再线性摩擦焊的典型接头组织分析、力学性能测试以及断口分析,重点分析了接头中激光沉积区组织在线性摩擦焊前后演变特征及与力学性能影响关系,结果表明,缩短量的大小决定了接头中含有的激光成形区组织多少,参与焊接过程的激光成形沉积区组织发生了明显的再结晶,原始的粗大晶粒破碎,晶粒内部析出细小α相,三种典型接头的拉伸性能均与母材相当,当焊缝中挤出去除沉积区组织时,接头高周疲劳强度可达到母材的90%以上.     

试样状态对线性摩擦焊接头组织及性能的影响

文中针飞机构件常用的TC4钛合金,分别研究了线切割表面、粗铣表面及磨制表面三种状态焊前试件状态对线性摩擦焊接头成形、显微组织、氧元素含量及力学性能的影响。结果表明三种状态试件接头成形良好。焊后的宏观组织均分为母材区、热力影响区、焊合区,其中热力影响区组织沿着受力方向被拉长并发生了初生α相溶解,焊合区发生了动态再结晶,晶粒内部为细小的片层组织。线切割及粗铣状态接头氧元素含量没有明显增加,与磨制状态接头相当。三种焊前状态接头的拉伸性能相当;K_t=1,R=0.06,550 MPa条件时三种接头的疲劳寿命相当。     

TC21+TC4-DT线性摩擦焊接头组织与力学性能试验

针对高强TC21和中强TC4-DT异种钛合金进行线性摩擦焊工艺研究,对接头进行不同热处理,接头微观组织和力学性能进行试验分析. 结果表明,TC21 + TC4-DT线性摩擦焊接头飞边成形良好,飞边表面光滑根部无明显缺陷存在;焊态条件下焊缝组织为典型的魏氏组织结构特征,热处理后焊缝组织析出弥散的针状α相,随着热处理温度的升高析出的针状α相逐渐长大粗化,致使接头冲击和断裂性能先上升后下降;接头拉伸性能与TC4-DT母材相当;700℃/3 h热处理接头、母材高周疲劳性能试验结果表明,接头的疲劳极限达到558 MPa,与TC4-DT基体相当,焊缝组织细化是提高接头疲劳极限的重要原因.     

TC17钛合金嵌入式线性摩擦焊接头组织与性能

针对航空长形整体构件锻造与加工的难题,提出采用嵌入式线性摩擦焊方法进行分段组合制造,采用嵌入式线性摩擦焊技术开展了TC17钛合金试验件的焊接,针对所形成的V形接头,分析了接头塑性流动规律与接头形成机理、组织特征与力学性能. 结果表明,焊接过程中,金属流动规律与普通线性摩擦焊接头有显著区别,高温塑性金属随着楔块的移动逐渐往底部尖端流动聚集,导致尖端焊缝较宽,上部较窄,顶锻侧试件热力影响区金属变形量大于振动侧,接头内楔块尖端热力影响区较宽,其范围内存在一个热影响区域,接头拉伸强度与疲劳强度均与母材等强,试样均断于母材区域.     

焊后热处理对TC11钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

焊后热处理可以改善线性摩擦焊接头的组织与性能。对TC11钛合金线性摩擦焊接头进行双重退火(950+530)℃处理，利用光学显微镜、扫描电子显微镜等微观分析技术研究双重退火对焊接接头组织的影响。结果表明：热处理后接头焊缝区的动态再结晶晶粒完全消失，被粗针状、条状和球状α相取代。热力影响区组织变形程度减小，晶粒长大，部分α组织球化。母材中次生α相长大，呈粗针及短棒状。接头焊缝区及热力影响区的晶粒取向在热处理后更加随机，择优取向明显降低。力学性能测试表明，焊后双重退火处理消除接头中心高硬度区，接头中心硬度较焊态接头硬度下降约50HV,热力影响区硬度较焊态接头硬度上升约30HV;焊后热处理对接头拉伸强度没有显著影响；热处理后接头冲击韧性达到61.3 J·cm^-2,相比焊态提高约80%,与母材的冲击韧性接近。     

TC11钛合金线性摩擦焊接头组织及织构演变机制

通过金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）与背散射电子衍射（EBSD）对TC11线性摩擦焊接头进行了组织及织构演变的研究，结果表明，相较于母材的典型α+β两相组织以及α相与β相取向较为随机，接头的热力影响区由残留初始α相、亚稳态β相与二次针状α相组成；焊缝区存在细小β等轴晶粒，晶内分布有马氏体组织与针状二次α层片状组织，还存在破碎α晶粒。焊接过程中强烈的塑性变形导致热力影响区产生了强烈的择优取向，α相织构强度达到48.033 mud，且取向单一为P织构，β相织构形成了F织构，焊缝区的α相织构强度与热力影响区相比下降，为34.745 mud，出现多个高密度点，这种现象是由于α相与β相存在伯格斯位相关系，焊缝区发生β相转变引起的；焊缝区与热力影响区的织构取向相似，是由于焊缝区与热力影响区在焊接过程中所受的力相似。显微硬度呈W形分布，最高硬度位于焊缝中心，达到HV 435；拉伸实验显示接头平均抗拉强度为996.9 MPa，延伸率为10.2%，断裂区域为母材，表明接头拉伸性能不弱于母材。     

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。