Ti-6Al-4V合金的动态控制等离子焊接(英文)

介绍了一种新的动态控制等离子焊接工艺。该工艺能够在保持完全焊透的情况下减少对被焊材料的热输入。利用该工艺对Ti-6Al-4V合金实施平板对焊。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度计对焊接接头的显微组织、断口形貌和显微硬度进行表征。与钨极电弧焊接和常规的等离子焊接相比较,使用本工艺提高了焊接质量,其原因在于:1)由于热输入的减少,焊缝中先析出的β相晶粒大幅度减少,从而使马氏体的形成得到抑制;2)焊接接头具有更好的韧性和更高的硬度。     

焊接方法对Ti-6Al-4V合金接头微观组织及拉伸和冲击性能的影响

钛合金由于具有高比强度、优越的耐腐蚀性和出色的耐热性等优良特性,已成功应用于航空航天、造船和化学工业。尽管钛合金具有合适的可焊性特点,但焊接方法极大地影响焊接接头性能。焊接过程中热循环将会影响焊接金属凝固、相转变和微观组织。采用钨电极惰性气体保护焊接（GTAW）、激光束焊接（LBW）和电子束焊接（EBW）方法制备Ti-6Al-4V合金的焊接接头。EBW焊接接头的强度高于GTAW和LBW接头的强度,但GTAW接头较其它两种接头具有较高的断裂韧性。焊接接头的拉伸和冲击性能与焊接金属的微观组织有关。     

不同焊接速度6005A-T5铝合金搅拌摩擦焊接头的组织演变及力学性能研究

采用不同焊接速度对6005A-T5铝合金进行搅拌摩擦焊,对其焊接接头的组织和力学性能进行研究。建立了焊接接头不同区域析出相的演变和力学性能之间的关系。在焊接的过程中,焊核区由于受到了足够的热输入,β″相完全回溶到铝基体。在后续的自然时效过程中逐渐形成GP区,这也是焊核区硬度上升的主要原因。热力影响区发生不完全再结晶,晶粒呈现拉长状,同时有大量的位错形成。热影响区主要包含Q"相和 β″相。当焊接速度下降时,焊接接头的强度随着β″相的回溶和Q"相的形成逐渐降低。焊接接头纵向残余应力的平均值要大于横向残余应力。当焊接速度增加,纵向残余应力的峰值随之增加,但对横向残余应力的影响可以忽略。     

氟化物ATIG焊接Ti6Al4V的焊缝成形和组织

试验选用MF型氟盐(LiF,NaF,KF)、MF2型氟盐(MgF2,CaF2,BaF2)和KN型钾盐(KF,KCl,KBr)对Ti6Al4V进行ATIG焊接,焊后研究了焊缝的成形、熔深和组织.结果表明,除MgF2焊道成形稍有曲折外,其它活性剂ATIG焊接接头均成形良好、无缺陷;氟化物能起到阻止熔池金属氧化的作用;KF和MF2型氟盐可显著减小焊缝熔宽;同阳离子的氟化物相比其氯化物和溴化物可显著增加Ti6Al4V焊缝熔深;MF型氟盐中KF活性剂获得的焊缝熔深最大,MF2型氟盐中MgF2活性剂获得的焊缝熔深最大,且熔深MgF2>KF;TIG和ATIG的焊缝组织均为粗大的柱状晶,活性剂ATIG焊可细化焊缝晶粒尺寸,但不会对焊缝的相结构组成造成影响.     

Ti6Al4V合金显微组织对超声声速的影响

通过对Ti6Al4V合金棒材在β相区、α+β两相区热处理后的显微组织观察和纵向超声声速值测量、分析,研究了合金显微组织对超声声速的影响。结果表明,Ti6Al4V合金在相变点以上加热,随着冷速的降低,次生α析出长大为粗大片层状,声速值也随之提高;在相变点以下加热,组织中的初生α相含量对超声声速值的影响不明显,次生相的形貌对超声波声速起决定作用,其中规则片层次生α 相的析出有利于超声声速值的提高。     

焊接热输入对TC4钛合金TIG焊接头组织和性能的影响

观察不同焊接热输入条件下TC4钛合金TIG焊接头的微观组织特征,分析接头力学性能、显微硬度及断口形貌。结果表明,焊缝主要为针状α'马氏体组成的网篮组织,未发现其他生成相。热影响区主要为α+β+α',且越靠近焊缝的热影响区晶粒越粗大,晶内马氏体越多、越密集。针状α'相尺寸随焊接热输入的增大而增大,马氏体取向亦更加混乱。接头抗拉强度随焊接热输入的增大而增大,在1 144 J/mm时达到912 MPa。不同焊接热输入下的接头硬度值随距焊缝中心距离的增大先降低后升高,并在距焊缝中心3~5 mm的粗晶区存在一软化区。随着焊接热输入的增大,接头平均硬度值增大,且软化区向母材方向偏移。TC4钛合金TIG焊接头的断裂方式属于脆性断裂。     

Ti6Al4V钛合金的变形组织及织构

在温度850~930°C、应变速率0.01~1 s-1的条件下,对初始组织为等轴组织的Ti6Al4V钛合金进行变形程度为70%的热压缩变形实验,研究合金的变形组织及织构。结果表明,当温度低于900°C、应变速率高于0.1 s-1时,合金的组织主要是拉长的α晶粒;而在高于900°C以及低应变速率下,则会发生动态再结晶。电子背散射衍射（EBSD）结果显示,合金在再结晶过程中亚晶界吸收位错,最终形成大角晶界。在930°C时动态再结晶已基本完成,水冷至室温时形成针状α相。与原始组织相比,合金在930°C变形时织构得到增强,低于930°C变形时织构变弱。     

多束流电子束焊接对Ti6Al4V钛合金薄板变形的影响

多束流电子束焊是一种能够同时产生多个电子束流作为焊接热源的电子束焊接新技术,能够有效的减小焊接应力和变形。为了减小Ti6Al4V钛合金薄板焊接变形,本文提出了一种新型的多束流电子束焊接技术,除了熔化金属的主束流外,还包括两个对称分布的辅助束流用来焊后加热。分别用传统电子束焊和多束流电子束焊对1 mm厚的Ti6Al4V钛合金薄板进行焊接试验,试验表明,通过调节两个辅助束流的位置和能量分布,多束流电子束焊能够有效减小钛合金薄板的焊接变形。     

TC4线性摩擦焊接头的力学性能及组织变化特点

用自制的XMH-160型线性摩擦焊机进行了TC4线性摩擦焊试验研究.利用前期试验优化的工艺参数进行焊接,获得了100%焊合率的焊接接头.对焊后试件进行了拉伸性能试验,拉伸试件均断在远离焊缝的母材区,表明接头的力学性能指标超过了母材.对接头解剖后进行了组织分析和显微硬度测试,发现焊缝中部宽约60μm,边缘宽约110μm,焊缝两边的金属流线组织呈对称分布;焊缝中心区为α β超细晶组织,近缝区为不同程度的α β变形组织,但晶粒未明显长大;焊缝的显微硬度明显高于母材.接头组织的上述变化特点是拉伸力学性能和显微硬度均高于母材的主要原因.     

焊丝成分对6082-T6铝合金焊接接头组织和性能的影响

采用ER5356和ER5087焊丝对12mm厚6082-T6铝合金进行熔化极惰性气体保护焊(MIG)后,通过显微硬度测试、拉伸力学性能测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等研究焊丝成分对焊接接头力学性能与显微组织的影响。结果表明:采用ER5087焊丝焊接的6082-T6铝合金焊接接头焊缝区晶粒更细小;抗拉强度、屈服强度、断后伸长率以及焊接系数均高于ER5356焊丝焊接的6082-T6铝合金焊接接头的;两种焊丝焊接的6082-T6铝合金焊接接头的硬度最低区域与拉伸断裂位置均在距离焊缝中心10～15mm处的热影响区,该区域β″强化相聚集长大、粗化,导致析出相强化作用减弱,成为焊接接头性能最薄弱区域。     

TC4钛合金搅拌摩擦焊微观组织演变机制及影响

采用搅拌摩擦焊技术在保护气氛下对单块TC4钛合金板材施焊,并获得良好成形。重点研究搅拌区α+β双相微观组织演变机制及不同工艺参数对组织硬度的影响。结果表明,经优化后的工艺参数条件下,搅拌区组织经历了α/β相变,最终形成基于β相区的α+β双态组织,搅拌头行走过后冷却析出的层片状α相沿β相区界面及内部分布,α相及β相晶粒细化明显,α/β层片间距的缩小可增强α+β复相强化效应,提高搅拌区硬度。搅拌头转速的提高增加了β相区的长大倾向,行进速度的提高降低了α相比例,并可生成针状马氏体。     

焊接电流对Ti3Al/T C11合金焊缝区组织及合金元素扩散的影响

采用真空电子束焊对Ti₃Al合金与TC11合金进行焊接,研究焊接电流对Ti₃Al /TC11焊缝区组织及合金元素扩散的影响。结果表明,随焊接电流增大,焊缝区组织明显粗化,且晶粒尺寸差异逐渐减小;当焊接电流增大至25 mA时,焊缝区组织为粗大β柱状晶。焊接电流对焊缝区各合金元素含量影响较小,但对其均匀性影响较显著,这与焊缝区显微组织形貌有关。随焊接电流的增大,焊缝区合金元素含量均匀性变差。     

厚板Ti6Al4V合金低真空激光焊接接头组织及力学性能

采用低真空激光焊接技术对40 mm厚Ti6Al4V合金进行焊接,对比分析不同位置的微区组织与力学性能. 结果表明,母材由等轴初生α相和β转变组织组成,热影响区组织为α相、残余β相和急冷准稳态的α'马氏体,焊缝熔凝区组织主要包括不同尺寸及分布状态的α'马氏体以及慢冷却速率下形成的α相. 焊接接头抗拉强度平均值为988 MPa,断裂位置均位于母材. 焊缝上部和中部焊缝区的平均冲击吸收能量为28.8 J,明显优于下部24.8 J. 焊缝熔凝区底部区域存在细长状、密集程度较高的α'马氏体会劣化材料冲击韧性. 相比之下熔凝区中、上部形成的短粗状、密集程度较低的α'马氏体组织的冲击韧性较高, 为Ti6Al4V合金板材的连接及进一步提高接头的力学性能提供了数据支撑及相关理论依据.     

T4和T6热处理对Mg-2.5Zn-1.5Ca-0.22Zr合金组织和硬度的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度仪等研究了T4和T6热处理对Mg-2.5Zn-1.5Ca-0.22Zr镁合金显微组织及硬度的影响。结果表明:Mg-2.5Zn-1.5Ca-0.22Zr镁合金经T4热处理之后,网状结构的β-Ca2Mg6Zn3相逐渐分解并转变为不规则的团聚的块状结构,MgZn2相逐渐溶解于α-Mg基体中,硬度比铸态时显著提高,达到63.87 HV;经过不同时间的T6热处理之后,MgZn2相从α-Mg基体中重新析出,球状的Mg2Ca中间化合物均匀的分布于晶粒内且发生明显长大。随着时效时间的延长,MgZn2相增多,对位错的钉扎增强,合金的硬度提高,在"峰时效"时的硬度达到64.97 HV。410℃×24 h固溶处理后150℃×8 h时效处理为Mg-2.5Zn-1.5Ca-0.22Zr镁合金的最佳热处理工艺。     

Influence of grain size and microstructure on oxidation rates in titanium alloy Ti-6Al-4V under superplastic forming conditions

Ti-6Al-4V (Ti-6-4) sheets of two different grain sizes were exposed to time and temperature conditions representative of superplastic forming (SPF). The influence of SPF conditions on oxidation rates was evaluated in terms of weight gain, α-case depth, and microhardness profile. Differences in the response are related to the difference in grain size between the two lots of Ti-6-4. Fine grain Ti-6Al-4V exhibits faster oxygen diffusion in all three areas examined in this study, weight gain, α-case thickness, and increased microhardness depth. The differences were found to be significant relative to diffusion analysis and processing during manufacturing. Results from this work support reduced temperature SPF using fine grain material and the accompanying benefits in manufacturing superplastic parts. This paper was presented at the International Symposium on Superplasticity and Superplastic Forming sponsored by the Manufacturing Critical Sector at the ASM International AeroMat 2004 Conference and Exposition, June 8–9, 2004, in Seattle, WA. The symposium was organized by Daniel G. Sanders, The Boeing Company.     

TC2钛合金薄板CO2激光焊对接接头组织与性能

采用大功率CO2激光焊接设备,研究了TC2钛合金薄板的焊接工艺.针对4 mm厚TC2钛合金对接接头,分析焊缝和热影响区的显微组织结构,检测焊接接头的显微硬度分布规律,并综合试验结果分析焊接接头不同区域的性能.结果表明,焊缝的微组织较母材粗大,具有较强的沿焊接热影响区经焊缝界面向焊缝中心生长的方向性;焊接接头在焊缝区的硬度最高,热影响区硬度较低且硬度变化幅度较大,靠近母材处硬度值最低,是接头强度的薄弱区.     

Ti-6Al-4V合金手工TIG焊接头的显微组织及力学性能

系统地研究了Ti-6Al-4V合金TIG焊接头的显微组织及力学性能,通过一系列的试验,摸索出一套使接头力学性能处于最佳状态的焊接工艺参数及其相应的显微组织状态.     

不同冷却速度对Ti-6Al-4V钛合金热模拟试样组织的影响

采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti-6Al-4V钛合金进行了焊接热模拟试验,采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析研究了不同冷却速度对热模拟区域微观组织及显微硬度的影响.结果表明,冷却速度较低时,β晶界清晰完整,沿晶界向晶内形成片状α,随冷却速度的提高,α相减少,得到短小、纵横排列的针状α＇组织;XRD标...     

Ti6Al4V钛合金表面激光合金化制备Ti-Cu合金层的组织结构

采用激光合金化技术在Ti6Al4V合金基体表面制备了厚度约为120 μm均匀致密连续的Ti-Cu合金层,分析了合金层的元素分布和显微组织结构。结果表明,Ti-Cu合金层中Cu元素随着合金层深度呈梯度分布,在靠近Ti-Cu合金层表面的区域主要是柱状晶夹杂着少量的块状晶,中上部区域主要是生长取向各异且较粗的不发达枝状晶和部分胞状晶,中下部区域主要是生长取向各异的胞状晶,合金层与基材的界面处主要以细小的平面晶为主。合金化层中Cu元素和Ti元素除了形成固溶体外,还形成了Ti₂Cu、Ti₃Cu和Cu₃Al₄等金属间化合物,同时还形成了Cu₃TiO₄和Al₂TiO₅等金属陶瓷相。