TC4/TC17线性摩擦焊接头组织及力学性能

针对航空发动机整体叶盘常用的TC4和TC17钛合金开展线性摩擦焊研究,对接头的组织进行了金相和电镜观察,并测量了焊接过程的温度．结果表明,接头分为母材、热力影响区和焊合区三部分,其热力影响区组织只发生了α相和β相沿受力方向的重新排列,焊合区发生了再结晶．温度测量表明,焊接过程的最高温度可达到1270℃,超过了钛合金的β转变温度．拉伸测试表明,在室温和200℃进行拉伸测试时,接头的抗拉强度与TCA母材等强,而在400℃进行测试时,接头抗拉强度能达到TCA-母材的95％．     

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.     

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.     

热处理工艺参数对TC4+TC17线性摩擦焊接头微观组织的影响

在前期焊接试验参数优化基础上,对TC4+TC17钛合金进行线性摩擦焊,焊后进行不同温度的热处理,并利用光学显微镜、扫描电镜等对不同状态接头组织进行对比分析。结果表明,焊态下接头焊缝为典型动态再结晶组织,热力影响区由于热输入较小,以变形组织为主。585℃×3h热处理后焊缝TC4侧形成弥散的α+β相,细小的针状α相从亚稳态β相析出。热力影响区变形的α相在长度和宽度方向都长大,相界较焊态下更清晰;TC17侧形成细小片层状α相、针状次生α相和β相,次生针状α相沿初生α相析出。热力影响区亚稳β相分解,析出针状次生α相;热处理温度升高到685℃,接头组织的析出相长大粗化,组织趋于稳定。     

线性摩擦焊技术研究进展

线性摩擦焊是20世纪80年代发展起来的一种新型固相焊接方法,其焊接质量高,而且节能环保,在航空发动机整体叶盘设计与制造过程中取得巨大成功.文中总结了线性摩擦焊的原理及其工艺过程,分别从设备制造、工艺试验研究、数值模拟以及工程应用等方面,综述了国内外线性摩擦焊技术的研究进展.     

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...     

TC4线性摩擦焊接头氧化物的组织特征

进行了TC4线性摩擦焊焊接试验,观察了一定焊接条件下,TC4钛合金线性摩擦焊接头氧化物组织的形态、组成、分布特点及组织特征.结果表明,其氧化物一般呈旋涡状及连续的带状分布,在其周嗣存在较多的未焊合的孔洞;氧化物的成分主要由TiO2及Al2O3组成,其硬度比TC4母材高;氧化物组织由细小的孪晶状的TiO2及弥散分布的呈点状的TiH组成.     

焊后热处理对TC4钦合金线性摩擦焊接头组织和性能的影响

在前期焊接试验参数优化基础上,通过自行研制的线性摩擦焊机焊接了两组TC4钛合金试件,其中对一组试件焊后进行630℃x3h的热处理,然后对焊态和热处理态焊接接头的组织和力学性能进行了对比分析.结果表明.焊态下接头组织更为细小;热处理态接头组织中析出了次生a相,且晶粒发生球化长大现象,接头组织更加均匀.对两种接头在室温和400℃条件下进行拉伸试验,接头拉伸断裂位置均在母材处,且室温拉伸条件下热处理接头的抗拉强度和屈服强度均较焊态接头的高,高温拉伸条件下两种接头拉伸性能相差不大.400℃、570MPa条件下两种接头的持久时间均超过100h.     

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.     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头界面研究

采用OM、SEM、TEM等手段对TC11和TC17钛合金线性摩擦焊接界面的显微组织进行了分析。结果表明,在焊合界面处发生了动态再结晶,形成了共有晶粒和共有晶界,共有晶粒内焊合界面处形成了一个相界面。合金元素在共有晶界和共有晶粒内相界面处均发生了相互扩散。在共有晶粒和共有晶界形成过程中对溶质元素的排斥、吸附与拖曳作用下,共有晶粒内相界面处合金元素的变化范围比共有晶界处宽,且焊合区相界面处的成分变化要大于相内部。焊合界面处形成了大量细小的针状α相,其内有大量的变形孪晶。共有晶粒内的焊合界面的微观结构包括2个界面(两侧材料各自的再结晶生长界面)和2个生长区(有序和无序),该处动态再结晶也有类似于凝固结晶的有序和无序结晶过程。     

置氢TC4钛合金线性摩擦焊接头组织

采用线性摩擦焊技术对置氢TC4钛合金进行了焊接。利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等对不同氢含量试样接头各区的显微组织进行分析,并探讨氢致钛合金高温塑性的微观机理。结果表明:置氢钛合金试样接头的焊缝宽度比未置氢试样的明显减小;随着氢含量的增加,试样母材和热力影响区组织中β相的含量增加;氢使得钛合金试样焊缝附近的位错密度降低,说明氢促进了位错运动;置氢钛合金接头组织中层错和孪晶的数量明显增加;在氢含量为0.4%和0.6%(质量分数)的TC4钛合金接头组织中发现了面心立方结构(FCC)的片状氢化物δ。氢主要是通过改变钛合金中的两相比例,促进位错运动和动态再结晶等机制来增强钛合金的高温塑性,从而改善线性摩擦焊的连接性能。     

高氧TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对高氧TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊试验,研究了焊接接头各区域组织特征、焊接界面合金元素扩散行为及力学性能. 结果表明,焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶,形成细小的等轴晶粒. 高氧TC4侧焊缝区形成针状马氏体,TC17侧形成亚稳定β相;两侧热力影响区晶粒均发生了破碎,沿着振动方向拉长. 焊后冷却阶段在焊合线附近出现合金元素扩散现象,扩散区域狭窄. 焊缝中心处显微硬度值最高达到420 HV,高氧TC4侧显微硬度随着靠近母材而逐渐降低;TC17侧显微硬度随着远离焊缝中心迅速升高. 拉伸性能测试结果表明,接头抗拉强度与高氧TC4母材相当.     

Microstructure and fatigue properties of linear friction welded TC4 titanium alloy joints

The welded joints are often subjected to cyclic stresses and high-strain-rate deformation resulting in worrisome fatigue failure. Therefore, it is necessary to evaluate the fatigue resistance and cyclic deformation characteristics of these weldments. Ti–6Al–4V–0.3Fe–0.1C–0.05N–0.015H–0.2O (TC4) titanium alloy joints were produced via linear friction welding and a sound joint was obtained. It was observed that fine subgrains formed in the weld zone where the hardness became higher. The strain ratio had a strong effect on the cyclic deformation characteristics of the joint, with hysteresis loops being different at different strain ratios. However, the difference of fatigue life of the joint was small with varying strain ratios. The stress amplitude of linear friction welded TC4 joint showed essentially cyclic softening until failure at all strain ratios. Fatigue cracks initiated from the near-surface of base metal and propagated by the formation of fatigue striations together with secondary cracks.     

Effect of post-weld heat treatment on microstructure and property of linear friction welded Ti17 titanium alloy joint

Abstract

In this study, post-weld heat treatment of linear friction welded Ti17 (Ti–5Al–2Sn–2Zr–4Mo–4Cr) titanium alloy joints was performed at 530, 610 and 670°C for 4 h followed by air cooling. Results show that with increasing treatment temperature, the recrystallisation extent of the α and β phases in the weld and deformation zones increases significantly. The overall property of the joint is remarkably improved, and the fracture behaviour of the tensile and impact samples changes from brittle failure to a ductile one. After treatment at 670°C, the impact toughness of the joint is 93·3% of the parent metal, and the failure of the tensile samples occurs in the parent metal far away from the weld. According to these findings, a treatment temperature slightly lower than 670°C but higher than 610°C would be a good value for linear friction welding Ti17 joints.     

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.     

TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能分析

在相同热处理制度下,开展了TA15钛合金母材与TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能试验,并对疲劳断口进行扫描电镜分析. 结果表明,从S-N曲线低应力区到高应力区,焊缝针状组织的疲劳强度高于母材双态组织,随着应力的增大,两种组织的疲劳强度差异逐渐缩小;接头针状组织的疲劳极限(463 MPa)高于母材双态组织(423 MPa). 断口分析结果表明,TA15母材的疲劳断口相对较平,扩展区二次裂纹较少,而线性摩擦焊接头中存在较多的二次裂纹,降低了裂纹扩展速度,说明针状组织的疲劳性能优于双态组织.     

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.     

TC4线性摩擦焊接头微观特征

对TC4线性摩擦焊接过程中的接头微观结构形态特征进行了分析,研究了接头微观特征参数随时间的变化趋势.结果表明,焊接过程为接头界面融合过程,界面呈现完全焊合区、过渡区及完全未焊合区3个区域.完全焊合区内界面完全融合、晶粒细小,为动态再结晶组织.过渡区内界面部分融合,有微孔出现.完全未焊合区内两侧金属未接触,夹杂着金属碎渣,晶粒无变形.振动方向飞边与垂直振动方向飞边分离是导致接头出现三叉形貌特征的原因.摩擦压力及顶锻力有使三叉形貌枝叉"闭合"的趋势,而摩擦剪切力有使三叉形貌枝叉"张开"的趋势.