高氧TC4/TC17线性摩擦焊接头组织与显微硬度研究

对高氧TC4和TC17钛合金进行了线性摩擦焊试验,利用光学显微镜与扫描电镜对焊接接头的微观组织进行了分析,并研究了热处理对接头组织及显微硬度的影响。结果表明,焊态下高氧TC4侧焊缝比TC17侧窄,焊缝界面处生成共生晶粒,界面两侧发生动态再结晶。高氧TC4侧,靠近焊缝边缘的部分热力影响区形成大量的亚晶粒,部分区域发生动态再结晶形成细小的等轴β晶粒,冷却后晶粒内析出马氏体α'相。TC17侧,β晶粒以及α晶界被拉长形成变形带,在靠近焊缝处、形成许多细小的等轴β晶粒。经过焊后热处理,高氧TC4的TMAZ亚稳态马氏体α'相分解,高度变形的β相中析出片层状α相;TC17侧TMAZ组织为细小的针状α相。焊缝中心的共生晶粒组织不均匀,由相互交错的大小α片层组成。焊态下焊缝中心硬度最高;热处理后,TC17侧焊缝及热力影响区硬度大幅度增加。     

TC21钛合金线性摩擦焊接头组织及性能分析

本文对TC21钛合金进行线性摩擦焊接试验,采用OM、SEM等测试手段对接头各区域显微组织演变规律进行了分析,并通过显微硬度仪和电子万能试验机对接头显微硬度及拉伸性能进行测试。结果表明：TC21钛合金线性摩擦焊可以得到良好的焊接接头,接头明显分为母材区、热力影响区和焊缝区；焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶过程,形成细小的再结晶晶粒,板条状α相在晶界处析出,针状马氏体α′相在晶粒内部析出,并有少量的残余α相保留至室温；热力影响区主要以变形α相为主,随着向两侧母材靠近,再结晶程度逐渐减弱,α相比例逐渐增加。由于飞边形成阶段及焊后冷却速率大小不同,导致沿着焊缝中心向飞边端部靠近,晶粒尺寸逐渐变大。TC21钛合金线性摩擦焊接头显微硬度呈拱形分布,焊缝中心显微硬度值达到最大值460HV,拉伸性能测试结果表明,接头强度与母材相当。     

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.     

热处理对TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接头组织及力学性能的影响

针对热处理前后TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头组织和性能进行了对比分析. 结果表明,焊态时焊缝区组织发生动态回复和再结晶,两侧的热力影响区组织均被不同程度地拉长,热处理后焊缝中的亚稳相分解析出弥散的α和β相,TC17(α+β)侧热力影响区的初生α相有所长大. 焊态接头焊缝区显微硬度比母材低,接头的抗拉强度和屈服强度略低于母材,分别达到母材的91.9%,96.2%,接头拉伸性能试件断裂位置均在焊缝区;经过热处理,母材显微硬度未发生明显变化,焊缝区显微硬度显著提高,接头抗拉强度和屈服强度达到与母材相当,与焊态相比分别提高11.9%,8.2%,接头拉伸性能试件断于母材区.     

焊接电流对TC4钛合金窄间隙TIG焊缝成形及组织的影响

对30 mm厚的TC4钛合金板材进行窄间隙TIG单层填丝焊试验,研究了焊接电流对焊缝成形的影响,分析了焊接接头的显微组织和显微硬度。试验结果表明:随着焊接电流的增加,焊缝熔深、熔宽增加,焊缝表面下凹程度增大,但是焊缝熔宽增加幅度较小;焊缝区晶粒发生严重粗化,主要为粗大的柱状晶,其显微组织均为针状马氏体α'组织;靠近焊缝区侧的热影响区晶粒比靠近母材侧的粗化程度大。焊接接头显微硬度分布相似,焊缝区硬度稍高于母材硬度,并未存在明显的软化区;峰值硬度出现在热影响区,随着焊接电流增加,热影响区峰值硬度降低。     

TC4/TC17电子束焊接接头组织及高温拉伸性能研究

针对TC4/TC17异种钛合金开展电子束焊接研究,并进行了高温(400℃)拉伸试验。结果表明,在焊接热循环作用下,热影响区和焊缝组织与母材相比发生了显著变化;TC4侧热影响区组织为马氏体;TC17侧热影响区则是亚稳定β相,焊缝处观察到粗大的柱状晶。TC17母材硬度高于TC4母材硬度,焊缝中心硬度最高。在400℃下,TC17母材的抗拉强度最好;焊接接头的抗拉强度与TC4母材的相当;TC4/TCI7电子束焊焊接接头的断口表面存在尺寸较大,少而浅的韧窝,韧窝形状呈椭圆形,表现出较好的塑性。     

TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头显微组织和力学性能

研究TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4/TA17异种钛合金激光焊接头焊缝的显微组织为片状α′马氏体,TC4侧靠近母材的热影响区和TA17侧靠近母材的热影响区只发生α相向β相转变,TC4侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+针状α′马氏体,TA17侧靠近焊缝的显微组织为残余α相+片状α′马氏体。TC4/TA17异种钛合金激光焊接头的显微硬度呈不对称分布,焊缝的显微硬度最高,TA17母材显微硬度最低。TC4/TA17异种钛合金激光焊接接头断裂在TA17母材,断口呈现韧性断裂形貌。     

TC4钛合金的电子束焊

采用真空电子束焊接工艺焊接TC4钛合金，通过显微组织观察、显微硬度测试以及进行冲击试验，分析了焊接接头显微组织、性能以及焊缝中气孔的形成。结果表明：采用真空电子束焊焊接TC4合金时焊缝中有气孔产生．焊缝金属的硬度值比母材金属的高，但冲击值低于母材的；焊缝和热影响区中较粗大的原始β相一部分转变为过饱和的针状马氏体；焊缝中心有少量的针状α＇相，并形成了编织状α组织。     

TC4/TA15异种钛合金激光焊焊缝的显微组织和高温力学性能（英文）

研究不同焊接工艺参数条件下TC4/TA15异种钛合金激光焊接接头的显微组织和高温力学性能。结果表明:TC4/TA15异种激光焊焊缝熔合区由含针状α'马氏体的粗化β柱状晶组成,热影响区主要由初始α相和β转变相组成,TA15侧热影响区的宽度窄于TC4侧热影响区的宽度。TC4/TA15异种接头的屈服强度和抗拉强度随温度的升高而降低,高温拉伸强度从高到低的顺序为TA15母材异种接头TC4母材,800°C时塑性变形程度最高。TC4/TA15异种接头横截面的最高显微硬度位于焊缝中心,热处理后接头的显微硬度整体降低,但硬度分布特征未发生改变。异种接头的高温拉伸断裂均发生在TC4母材侧,并在拉伸过程中发生明显颈缩,微观断口呈现韧性断裂特征。     

TC4/TC18异种钛合金焊接头的组织性能研究及数值模拟

通过TIG焊对TC4/TC18异种钛合金进行焊接,利用光学显微镜、显微维氏硬度计和拉伸试验机,研究了焊接电流对异种钛合金焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明,在不同的焊接电流下,母材至焊缝中心的显微组织变化规律是一致的,随着电流的增大,TC4侧热影响区显微组织变化不大,TC18侧热影响区晶粒先长大后减小。焊后TC18母材一侧热影响区出现软化现象,而TC4母材一侧热影响区出现硬化现象。拉伸断口均靠近TC18热影响区一侧,焊接头的抗拉强度均高于母材的73%。基于SYSWELD焊接模拟软件,模拟得出TC4/TC18的焊接头残余应力集中在TC18侧热影响区,与拉伸试验断裂结果相吻合。     

Double-sided gas tungsten arc welding process on TC4 titanium alloy

TC4 titanium alloy was welded by double-sided gas tungsten arc welding（GTAW） process in comparison with conventional GTAW process, the microstructure and mechanical performance of weld were also studied. The results indicate that double-sided GTAW is superior over regular single-sided GTAW on the aspects of increasing penetration, reducing welding deformation and improving welding efficiency. Good weld joint was obtained, which can reach 96.14% tensile strength and 70.85% elongation percentage of the base metal. The grains in heat-affected zone（HAZ） are thin and equiaxed and the degree of grain coarsening increases as one moves to the weld center line, and the interior of grains are α and α′ structures. The coarse columned and equiaxed grains, which interlace martensitic structures α′ and acicular α structures, are observed in weld zone. The fracture mode is ductile fracture.     

TC4钛合金与LD10铝合金感应摩擦焊接头的组织与性能

利用感应电磁场对焊接过程热与物质流动作用,改善异种金属摩擦焊接头的组织与性能。采用光学金相、扫描电镜及室温拉伸实验与对比分析的方法,研究了外加电磁场对弱磁性材料TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接头焊合区的显微组织、主要合金元素扩散行为及室温力学性能的影响。结果表明:外加电磁场作用使TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接头铝合金侧动态再结晶区宽度增大;同时,感应电磁场通过影响摩擦副合金材料内部电子密度状态等,促进了摩擦焊接过程中主要合金元素Al和Ti在焊合区的扩散过程,并且提高了TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接头的拉伸强度。其中,外加电磁场在顶锻保压阶段的影响更为明显。     

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.     

异质TC17线性摩擦焊接头焊后时效处理组织与性能

线性摩擦焊是制造航空发动机整体叶盘的关键技术. 通过光学显微镜、扫描电镜、电子式万能试验机及显微硬度仪对比分析了TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊态及不同时效温度下接头的组织与性能. 结果表明,焊态下焊合区及附近区域的微观组织为过冷β细晶,硬度最低;经焊后时效处理,析出了细小针状α相,硬度升高. 焊后时效温度为400 ℃时,焊合区及附近区域的硬度值明显提高,焊接区脆化. 焊后时效温度为630 ℃时,接头弯曲角度最高,但强度降低. 综合焊接接头的硬度、弯曲与拉伸性能优化出的焊后时效温度为550 ℃. 接头弯曲角度和抗拉强度分别达到母材的36%和95%. TC17(α + β)侧热力影响区( thermal-mechanical affected zone,TMAZ)受力后微观塑性变形更均匀,其强塑性能均优于TC17(β)侧TMAZ. 接头的弱化区对应于TC17(β)侧TMAZ硬度变化梯度及组织梯度最大的区域. 相比母材,接头的塑性损失比强度损失要大得多.     

TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能

文中阐述了线性摩擦焊的原理、特点,并针对TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能进行了研究.对比分析TC4钛合金线性摩擦焊接头焊态和焊后热处理态的接头组织和力学性能.结果表明,焊接接头共分为母材、热力影响区和焊缝区三部分;TC4钛合金的接头(包括焊态和焊后热处理态)抗拉强度和屈服强度均达到母材的90%以上;焊缝中心的硬度值最高,焊后热处理能使接头的硬度分布更加均匀.     

薄板TC4钛合金脉冲电子束焊接技术研究

脉冲电子束焊接是指将电子束流调制成脉冲方波的形式进行焊接的一种先进技术。脉冲束流能提高被焊金属蒸发率,从而提高焊接效率、增加焊缝深宽比。本文采用常规直流电子束和不同频率脉冲电子束对1.2 mm薄板TC4钛合金进行了焊接工艺试验,并对接头进行了微观组织与力学性能检测。结果表明：脉冲电子束焊接能够形成无熔合缺陷的焊缝,随着频率的增加,焊缝咬边和背面余高减小,表面成形得到改善;由于焊接热循环变化,脉冲束流可加快熔池冷却速度,细化组织晶粒;直流和脉冲电子束焊接接头拉伸时均断裂在母材区,拉伸强度不低于母材;高频脉冲电子束可提升焊接接头塑性和焊缝区、热影响区的显微硬度,频率为10 kHz时,焊接接头的断后伸长率可达14.9%,约为母材的80%,焊缝区和热影响区的显微硬度分别为375 HV和368 HV。     

异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织

为了探明TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织形成机制,采用光学显微镜和扫描电镜研究接头不同区域的微观组织.结果表明,线性摩擦焊接头由TC11一侧的热力影响区(TMAZ)、TC11一侧的焊缝区、TC17一侧的焊缝区和TC17一侧的TMAZ所组成.在TMAZ未发现有动态再结晶发生,而材料的相变与变形是同时进行的.在焊缝区内发生了动态再结晶过程,摩擦停止后在摩擦界面上形成初生β共生晶粒.在振幅为3 mm、频率为40 Hz、摩擦压力为66.7 MPa条件下,随着摩擦时间的延长,初生β相动态再结晶晶粒尺寸和α相片层宽度增加.     

焊接电流对Ti2AlNb/TC18焊接界面性能及元素扩散的影响

采用真空电子束焊接对Ti2AlNb和TC18合金进行连接,研究了不同焊接电流时焊接界面的性能及元素扩散情况。结果表明:焊接接头在室温和高温下均获得了较高的抗拉强度。采用同一电流焊接时,TC18侧热影响区的显微硬度值高于该合金基体却低于该侧焊缝区,而Ti2AlNb合金侧热影响区的显微硬度值均高于该侧焊缝区和Ti2AlNb合金基体;在28 mA的焊接电流下,焊接界面的整体显微硬度值均较高,这是因为焊接界面形成了含量较多且尺寸较小的α′马氏体和O相,对界面起到了强化作用。在不同的焊接电流下,合金元素均在焊缝和两侧母材交界处存在较大的浓度梯度,其原因是焊缝金属的快速凝固使得各合金元素没有足够的时间和能量进行充分扩散。     

304不锈钢薄板列置双TIG高速焊缝组织与性能

相比常规速度不锈钢焊接,高速焊接过程中焊缝金属的凝固过程及组织形态将会发生变化,从而影响焊缝组织和性能. 对1.2 mm厚304不锈钢薄板对接,采用列置双TIG焊在焊接速度为3.0 m/min时获得了良好焊缝成形,并与常规速度单TIG焊接工艺相比,采用非标准拉伸试样测试了焊缝性能,并分析了其组织. 结果表明,高速双TIG焊接焊缝中心生成等轴晶,两侧树枝晶未形成对向生长的定向晶粒,焊缝抗拉强度及断后伸长率略低于母材;相比常规单TIG焊接工艺,高速双TIG焊接热影响区晶粒平均直径降低了10.3%,但焊缝中心晶粒平均直径增大了12.9%;焊缝抗拉强度和断后伸长率分别提高了4.3%和23.2%,焊缝中心硬度值略高于母材.     

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.