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.     

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。     

GH4169高温合金惯性摩擦焊接头晶粒分布特征

GH4169镍基高温合金的显微硬度、组织和性能对热加工工艺很敏感,工艺控制不当,将会产生粗晶、混晶现象,影响持久缺口敏感性、冲击韧性等性能。试验发现在GH4169高温合金惯性摩擦焊管接头中,沿轴向焊合区附近具有超细晶一细晶的晶粒分布特征。根据GH4169合金动态再结晶的特点,结合惯性磨擦焊过程的特有热变形条件,本文对上述现象进行了分析,研究结果表明,GH4169合金惯性摩擦焊接过程中温度、应变、应变速率是造成焊接区细晶和超细晶组织的根本原因。GH4169合金惯性摩擦焊接头焊合区中热变形金属的动态再结晶过程进行的相当剧烈充分,其晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征,尽管存在着晶粒组织的不均匀性,但未发现粗晶和混晶现象。     

TCA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800℃，边缘达1360℃。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。     

提高T4钛合金惯性摩擦焊接头塑性的研究

研究了惯性摩擦焊工艺参数对ＴＣ４钛合金焊接接头塑性的影响，结果表明，选择适当的焊接工艺参数可以使焊接接头在不降低强度的前提下，塑性有明显的提高，并得到了最佳焊接工艺参数。     

45钢钻杆惯性摩擦焊接头组织与性能研究

通过探究45钢钻杆惯性摩擦焊接工艺,揭示热处理工艺对接头组织性能的影响。结果表明,在摩擦时间为18 s,摩擦压力为3 MPa,顶锻压力为7 MPa时,获得焊合良好、无缺陷的接头;焊接接头以先共析铁素体和珠光体为主,母材为沿晶界块状铁素体和珠光体组成,断口以准解理脆性断裂为主;热处理后,焊缝与母材组织细小,状态一致,断口以韧窝型为主,伴有少量解理断裂特征,综合力学性能提高。     

Ti17合金惯性摩擦焊接头力学性能与组织分析

通过室温拉伸、高温拉伸试验以及金相分析对 Ti17 合金惯性摩擦焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,采用惯性摩擦焊焊接 Ti17 合金可获得室温及高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的室温及高温抗拉强度都不低于母材;Ti17合金母材组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上;不同焊接工艺参数对 Ti17 合金惯性摩擦焊接头热影响区和焊缝的组织没有影响,其热影响区组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上,与母材组织相同,焊缝组织为细小的等轴晶.

Abstract：

The microstructures and properties of Ti17 alloy joints welded by inertia friction welding (IFW) were investigated by room-temperature tensile test, high-temperature tensile test and metallographic analyses. The results show that the joint with good performance at room and high temperature for Ti17 alloy can be obtained in IFW. Both the tensile strengths of welded joints at room temperature and at high temperamre are not less than those of the base metal. The microstructure of Ti17 alloy is α+β phase, and the needle β phase is distributing on the α phase. While welding, different welding parameters can not affect the microstructures of the HAZ and the weld seam. The microstructure of HAZ is the same as that of the base metal, and that of the welded seam is fine equiaxed crystal.     

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100 ℃以上,超过γ′等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。     

异种合金惯性摩擦焊的研究现状

文中针对钢与其他合金、铝合金与其他合金、钛合金与其他合金、高温合金与其他合金的惯性摩擦焊的研究现状进行了阐述。主要对惯性摩擦焊的工艺参数选取、端面设计、焊前预热、焊后热处理等研究内容进行了综述。并对异种合金惯性摩擦焊存在的问题进行了分析总结。结果表明,采用合理选择工艺参数、设计不同形状的端面、添加中间过渡层、焊前预热处理、焊后热处理等方法获得强度与母材相当、焊接质量较好的接头。建议在后续的研究中,结合数值模拟对异种合金惯性摩擦焊的工艺参数及端面设计进行优化,对接头的元素分布及新相形成的种类与数量进行调控,对焊接界面金属的流动行为进行深入研究,以获得具有综合性能较好的异种合金惯性摩擦焊接头。     

抽油杆摩擦焊接头组织和性能

对抽油杆摩擦焊接头的形成过程、金属流线的走向、金相组织、硬度分布等方面进行了分析.材料合金元素和焊后热处理方式直接影响到焊接接头的组织和性能,利用显微硬度测试的方法,对抽油杆摩擦焊接头各部位进行硬度检测、冲击试验,揭示了摩擦焊接头不同部位组织、性能的分布规律.     

不同能量密度的环件惯性摩擦焊接过程数值模拟

建立了GH4169合金大型环形件的惯性摩擦焊接轴对称热力耦合分析模型,运用大变形弹塑性有限元法分析了能量密度对惯性摩擦焊接温度场、应力场以及焊接时间和轴向缩短量的影响.结果表明,能量密度与焊接时间呈近似的线性关系,随着能量密度的增加,焊接时间逐渐增加,轴向缩短量也以更快的速率增大;在焊接过程的同一时刻,能量密度越高,焊接面的温度越高,飞边越大,飞边的弯曲程度越高.计算数据与试验数据吻合良好.     

电模拟惯性摩擦焊接技术

为适应摩擦焊接设备的发展,降低制造成本,在对惯性摩擦焊接过程运动学方程分析基础上,结合电模拟惯量技术,开发出了电模拟惯性摩擦焊接技术及设备. 结果表明,电模拟惯性摩擦焊接过程中各参数随时间的变化规律,以及惯量大小对焊接参数的影响规律,符合惯性摩擦焊接的一般规律. 相同惯量下,电模拟惯性摩擦焊接与机械惯量惯性摩擦焊接过程转速曲线变化趋势一致. 采用电模拟惯性摩擦焊接技术,所需惯量可以设定成大于系统基本惯量,也可以设定成等于或低于系统基本惯量,还可以补偿主轴机械摩擦阻力对焊接过程参数的影响.     

GH4169合金惯性摩擦焊接头温度场显式有限元数值模拟

借助ABAQUS/Explicit显式有限元模拟软件,采用热力耦合方法,建立了GH4169高温合金管状工件三维弹塑性有限元大变形计算模型.考虑了计算设置中质量放大因子(mass scaling)对飞轮转动惯量的影响,确定了放大因子与转动惯量缩小倍数之间的相互关系.在此基础上对整个焊接过程工件的温度场进行了综合分析.结果...     

TC17钛合金线性摩擦焊接头组织及性能

文中针对航空发动机风扇及压气机盘TC17钛合金材料,开展了接头组织分析、拉伸性能测试及硬度测试,分析了接头不同部位组织特征及形成原因.结果表明,接头明显分为母材区（BM）、热力影响区（TMAZ）和焊合区（WZ）,焊接接头中部热力影响区的组织表现为等轴晶粒,而靠近焊缝边缘处热力影响区的晶粒表现为沿着受力方向被拉长,焊合区发生了动态再结晶;接头的拉伸性能与母材相当;接头热力影响区的硬度高于母材和焊合区,平均硬度为486 HV.     

超高强度钢35CrMnSi惯性摩擦焊接头组织与性能

对35CrMnSi超高强度钢进行了惯性摩擦焊试验研究,对热处理前后焊接接头组织、显微硬度进行分析测试,并对热处理后焊接接头进行了拉伸性能、冲击性能及拉伸断口分析。结果表明:焊后接头焊缝组织为板条马氏体与残余奥氏体,热力影响区组织为细小的马氏体、索氏体、珠光体和铁素体混合组织;热处理后焊缝组织为回火马氏体与少量铁素体;摩擦焊接头焊缝区的硬度高于热力影响区和母材,热处理后焊接接头硬度趋于一致,焊接接头抗拉强度大于1 890 MPa,断后伸长率大于7. 5%,焊缝区拉伸断口为混合断口;焊接接头冲击吸收能量大于18. 5J。     

GH4169高温合金惯性摩擦焊过程的数值模拟

根据GH4169合金惯性摩擦焊的特点,结合摩擦理论,建立了完全基于材料热物理性参数和焊接工艺参数的三维有限元分析模型,运用热力耦合的方法对其焊接过程进行了数值模拟.根据模拟计算所得的温度场和应力场结果,综合分析了该工艺过程.为合理制定焊接热力规范,提高GH4169合金的焊接性能和接头质量提供了参考.     

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析. 结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(Δσ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当. MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘. 接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.     

惯性摩擦焊接头非对称性分析

应用无线测温系统和热电偶测温技术,试验测定了惯性摩擦焊旋转端和滑移端试件的温度场,探讨了惯性摩擦焊摩擦界面两侧温度分布的非对称性;统计分析了不同焊接条件下惯性摩擦焊试样焊接区域的几何特征及宏观形貌.结果表明,滑移端的温度及升温速率均高于旋转端,滑移端的轴向缩短量、飞边宽度以及热力影响区(TMAZ)宽度均大于旋转端.分析认为惯性摩擦焊摩擦结合界面两侧温度场的非对称性与焊接区域几何特征的非对称性紧密相连.     

35mm厚板铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

采用搅拌摩擦焊双面焊工艺,对35 mm厚板6005A-T6铝合金型材进行了搅拌摩擦焊接,获得成形良好、表面光滑、无隧道孔和沟槽缺陷的焊接接头.应用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及电子拉伸试验机等对搅拌摩擦焊接头组织与性能进行研究.结果表明,接头焊核区组织为细小等轴晶;前进侧出现明显的螺旋纹及清晰的结合线,热力影响区晶粒被明显拉长呈条状组织,热影响区受热晶粒粗大;后退侧未见螺旋纹,晶粒比前进侧细小,过渡区较前进侧宽.在搅拌头旋转频率为650 r/min,焊接速度为200 mm/min工艺条件下接头抗拉强度为213 MPa,达到母材强度的84.8%,断裂起始于焊缝前进侧的热影响区,扩展至双面焊接重合区时,沿着焊缝后退侧热影响区直至断裂;接头显微硬度最低值出现在前进侧热影响区,最低值为50 HV.