变形温度对异种钛合金电子束焊件显微组织与力学性能的影响

研究等温和近等温锻造变形温度对电子束焊接的异种合金(Ti2AlNb金属间化合物与TC11两相钛合金)焊接界面的显微组织与接头拉伸性能的影响。采用OM、SEM对焊缝区组织及拉伸度样断口进行观察,并对接头的拉伸性能进行研究。结果表明:电子束焊接的Ti2AlNb/TC11异种合金焊接界面的显微组织和接头的拉伸性能对变形温度敏感,在950℃变形后,位于焊缝一侧的Ti2AlNb合金中O相的含量大大增加,而位于焊缝另一侧的TC11合金为等轴α相和条状α相的混合组织,但焊缝上仍可见到断续相连的晶界α/α2相;在1010℃变形后,TC11合金具有魏氏体组织特征,这时焊缝上的晶界α/α2相完全断开;经950℃变形的试样在室温拉伸时,在Ti2AlNb合金中发生脆性断裂,这与O相不易协调变形有关,经500℃高温拉伸时,合金表现出较高的强度和较好的塑性,这是由于焊接界面的α/α2相颗粒较小,断裂位置转移到TC11钛合金上所致;经1010℃变形的试样表现出一定的强度,但是塑性严重下降,这与TC11钛合金的魏氏组织特征有关;因此,异种合金进行等温变形时,须严格控制变形温度。     

变形温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头组织性能的影响

研究了近等温锻造温度对Ti2A1Nb/Ti60双合金焊接接头显微组织和力学性能的影响.结果表明:经不同温度近等温变形及相同热处理后,Ti2A1Nb/Ti60双合金试样焊缝组织得到明显细化,强度和塑性得到提高,均高于基体Ti60合金;随着变形温度的升高,Ti60合金热影响区显微组织中初生等轴α相逐渐减少,β转组织增多,片状α相变短变粗.因此,合金的室温拉伸强度逐渐升高,塑性逐渐下降;变形温度为1010℃的试样,其焊缝熔合区显微组织较为均匀,塑性相B2含量较多,焊件室温及600℃高温拉伸均表现出较好的强度与塑性匹配.     

异种高温钛合金电子束焊接接头组织与性能

采用真空电子束焊机对高温钛合金Ti60板材和Ti700sr铸件进行焊接,并对接头显微组织和力学性能进行了研究. 结果表明,高温钛合金Ti60板材和Ti700sr铸件电子束焊接性良好,可以获得优质的接头. 获得的接头中焊缝为细小针状马氏体组织,Ti700sr侧熔合区马氏体内部存在层错和孪晶. Ti700sr侧热影响区相比于母材网篮状的α相长大. Ti60侧熔合区和热影响区均发现富Nd稀土弥散相析出. 焊缝区显微硬度与Ti60和Ti700sr母材相当,基本在360 HV左右.硬度最高点出现在Ti60侧热影响区,硬度最大值达到418 HV.接头室温抗拉强度达到1 100 MPa以上,断裂于Ti60热影响区. 接头600 和650 ℃高温抗拉测试均失效断裂在Ti60母材. 其中接头600 ℃高温拉伸性能均值为695 MPa,650 ℃高温拉伸性能均值为587 MPa.     

热力作用对电子束焊件显微组织与力学性能的影响

钛基金属间化合物与常规钛合金组成的异种材料焊接件,在航空工业中发挥着重要作用。针对电子束焊接的Ti2Al Nb/TC11焊件接头塑性较差和显微组织不稳定的特点,对其进行热加工,分析热力作用对焊件接头显微组织与力学性能的影响。结果表明,热力作用对该焊件拉伸性能的影响不明显,焊态及热加工后的试样均在TC11合金基体上发生韧性断裂,并表现出极高的强度;焊后直接进行热处理时,焊件显微组织有所稳定化,但是焊缝组织脆性增加,室温冲击时发生穿晶解理断裂;在一定条件下进行等温变形与热处理后,焊件各部位显微组织均有所细化,焊缝组织中晶界呈现不连续分布,强化相弥散分布,焊件表现出良好的综合力学性能。     

变形温度对摩擦焊件显微组织与拉伸性能的影响

异种合金焊接件在航空工业中显示出巨大的应用潜力。针对线性摩擦焊接的Ti2AlNb/TC11焊件接头抗拉强度低和塑性差的特点,对其进行热变形,研究变形温度对焊件接头显微组织与拉伸性能的影响。结果表明,在温度950℃变形后,焊件室温拉伸时在Ti2AlNb合金侧出现脆性断裂;在温度1010℃变形后,母材TC11合金显微组织严重粗化,焊件在室温下表现出一定的强度,但是塑性较差;当在温度980℃变形时,焊件不仅具有较高的强度,也表现出极好的韧性,这与所观察到的显微组织特点相一致。     

电子束焊接工艺参数对Ti2AlNb/TC18接头组织与性能的影响

采用真空电子束焊研究不同工艺参数时Ti2AlNb/TC18异种合金焊接接头的组织特征和高温拉伸性能.结果表明:当选用合适的焊接工艺参数时,TC18侧热影响区为细小且均匀分布的针状α相组织;焊缝的β晶界明显,在β晶界上分布着晶粒细小的α和α2相;Ti2AlNb侧热影响区与焊缝分界面明显,β晶粒发生粗化.焊接工艺参数对Ti...     

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。     

热处理对Ti2AlNb/Ti60双合金接头组织及性能的影响

以连接加变形后的Ti2AlNb/Ti60双合金为对象,研究锻后不同热处理制度对双合金接头显微组织和力学性能的影响.结果表明:热处理制度对Ti60合金侧热影响区的相组成影响较小,但对相的形态、尺寸和数量具有一定的影响;随着固溶温度的升高或固溶时间的延长,双合金试样的强度增加,塑性下降;经过990℃/1h+750℃/4h热处理后的Ti2AlNb/Ti60双合金焊缝组织得到优化,强度和塑性均高于Ti60合金基体,双合金试样在室温及600℃高温均表现出较好的强度与塑性匹配.     

等温变形对惯性摩擦焊IMI834/Ti6246双钛合金组织与性能的影响研究

采用惯性摩擦焊与等温变形相结合的复合技术制备出IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘,分析了等温变形对惯性摩擦焊双钛合金缩比盘组织与性能的影响。结果表明：IMI834/Ti6246双钛合金经惯性摩擦焊后焊缝组织细小,但两侧热影响区内组织粗大,超声波无损检测发现焊后双合金缩比盘内局部存在有缺陷。而IMI834/Ti6246双钛合金经等温变形后,焊后缺陷得到有效消除,焊缝两侧热影响区组织发生了明显改变,中心焊缝和两侧热影响区过渡更加均匀。惯性摩擦焊IMI834/Ti6246双钛合金缩比盘等温变形后焊缝得到有效强化,惯性摩擦焊+等温变形工艺可用于制备高性能双钛合金盘件。     

等温变形量对600 ℃ TG6高温钛合金组织性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、金相图像分析软件及宏观维氏硬度测定等手段研究等温锻造变形量对Ti-5.8Al-4.0Sn-4.0Zr-0.7Nb-1.5Ta-0.4Si-0.06C(质量分数%,下同)钛合金锻件组织性能的影响。结果表明：随等温锻造变形量的增大,锻件组织中初生α相含量与次生α相厚度均呈现先减小后增加的趋势;拉伸强度先增大后减小而塑性基本上呈现相反的变化趋势;变形量10%的锻件组织演变以回复为主,而30%的锻件组织中β相发生了部分再结晶,初生α相则以回复为主,两变形量下锻件组织中的板条状α相是由Al元素偏析而形成的,该相可以有效地提高锻件的塑性;当变形量为50%时,锻件组织再结晶完全,形成具有20%左右初生α相的双态组织,锻件获得较佳的综合性能;当变形量为70%时,锻件先发生完全再结晶,后发生部分再结晶和回复,初生α相形态多样化,板条状α相由片状次生α相聚集长大而成;结合典型600 ℃用钛合金的拉伸性能分析可知,TG6合金最佳的等温锻造变形量为50%。     

Influence of Aluminum Content on the Microstructure and Properties of Electron Beam Welded Joints of TiAl/ TC4 Alloy

研究了不同工艺参数下TiAl/TC4异种材料电子束焊接接头组织和力学性能,分析了焊缝中Al元素含量对焊缝组织和接头力学性能的影响。对中焊时焊缝区主要以α-Ti3Al相和α-Ti相为主,还包含少量B2相和YAlx相。焊缝中TiAl母材熔化量约为1/3,TC4母材约为2/3,Al质量分数约为28%,较高的Al含量促使形成脆性α相,降低了接头局部位置的塑韧性。对中焊时接头抗拉强度普遍不高,断裂为典型的脆性穿晶及准解理断裂。当电子束向TC4合金一侧进行焊接时,焊缝中Al含量进一步降低,接头组织得到改善,可提高接头的力学性能,偏移量hs=0.2mm时接头最高抗拉强度为422.2MPa。     

10 mm厚TC11钛合金电子束焊接组织性能和残余应力

利用真空电子束焊机对TC11钛合金进行试验研究。采用光学显微镜及扫描电镜观察并分析接头不同区域的组织特征,并对焊接接头进行了显微硬度和力学性能测试,同时采用盲孔法对试样的残余应力进行测试。结果表明:TC11钛合金电子束焊接头焊缝区的组织特征为典型的柱状晶,晶粒内为交错排列细密的α′相,而热影响区组织为均匀的α′相和原始α+β转相的混合物。显微硬度与组织呈现较好的对应关系,即焊缝及热影响区的显微硬度高于母材。接头的冲击韧性比母材提高了20%,而抗拉强度为母材的98%左右。残余应力为以纵向应力为主的单向拉伸应力状态,横向残余应力数值则较小。     

Ti2AlNb合金电子束熔透焊的数值模拟

采用热-弹-塑性有限元计算模拟了Ti2AlNb合金电子束焊的温度场和应力场。为了准确反映熔透型电子束焊接的特点,对旋转高斯曲面体热源模型进行了改进。研究结果表明:采用改进的热源模型能准确地模拟穿透型电子束焊焊缝横截面轮廓;残余应力的模拟结果与实验结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性;Ti2AlNb合金电子束焊后残余应力以纵向拉应力为主,且集中分布在距焊缝中心线3 mm的区域内;横向残余应力在表面附近区域呈压应力,内部呈拉应力,表面横向压应力是由焊缝纵向和厚度方向的收缩导致的;焊缝内部出现三向拉应力的状态。     

热连轧Ti-Al-Nb-Zr-Mo系钛合金无缝管电子束焊组织和力学性能

采用真空电子束焊接工艺对热连轧成型的8 mm厚新型Ti-Al-Nb-Zr-Mo系钛合金无缝管进行了环缝焊接试验，并对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明，该无缝管母材基体主要由初生α相、β转变组织和魏氏组织组成；焊接接头的熔合区由针状马氏体α′相、块状α相和魏氏组织组成，针状马氏体α′的尺寸从上至下逐渐减小；热影响区由初生α相和针状马氏体α′相组成。焊接接头显微硬度平均值大小依次为：熔合区>热影响区>母材，热影响区的显微硬度从近熔合区侧到近母材侧逐渐降低。焊接接头抗拉强度约为893 MPa， 断裂均发生在母材基体上，拉伸试样断后伸长率可达10%。熔合区的冲击功约可以达到母材的80%，弯曲试样弯曲角度可以达到180°并且无裂纹产生。     

变形温度对TC11钛合金超塑性的影响

通过高温拉伸试验研究TC11钛合金在应变速率0.001 s~(-1)、变形温度810～1050℃的超塑性变形行为,并用金相显微镜和透射电镜对变形试样的微观组织进行观察和分析.结果表明,在β单相区,TC11钛合金不能呈现超塑性;而在α+β两相区的810～980℃温度范围内,TC11钛合金呈现出超塑性,且最佳温度在900℃附近,其最大延伸率为595%,此时的超塑性变形过程中有晶内变形、界面滑动、动态再结晶或扩散蠕变的参与,且界面滑动出现在α/β相界面.α相和β相的相对含量对超塑性有较大的影响,初生α相含量在70%附近时对应着TC11钛合金的最佳超塑性.     

钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7 μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜,用45 μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能,并分析其冲蚀机理.结果表明:30°攻角下,冲蚀砂量为70 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88 μm,TC11钛合金基材为269.9 μm.90°攻角下,冲蚀砂量为20 g时,Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破,此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95 μm,TC11钛合金基材为46.96 μm.30°攻角下,钛合金的冲蚀以微切削为主,多层膜以微切削和微断裂为主.在90°攻角下,钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主,多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主.     

Effect of near isothermal forging on the microstructure of Ti<Subscript>3</Subscript>Al/TC11 welding interface

The as-forged Ti₃Al-based alloy and TC11 titanium alloy were welded by electron beams in vacuum, and then they were processed using near isothermal forging and gradient heat treatment. The experimental results show that the near isothermal forging processing parameters have little effect on the phase constitution of the weld. The weld consists of Ti₂AlNb, MoNb, Nb₃Al, and TiAl₃ phases as well as the two main phases of α and α₂. However, the near isothermal forging processing parameters have significant effect on the shape, size, and volume fraction of α and α₂ phases of the welding interface. The sizes of the α and α₂ phases increase as the strain rate decreases. Because the distortion energy of the lattice and the volume fraction of the grains occurring in dynamic recrystallization increase with an increase in deformation, the sizes of the α and α₂ phases of the welding interface decrease.     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的拉伸性能

用电子束焊接50 mm厚TC4-DT钛合金板,对母材、焊缝金属和焊接接头的拉伸性能进行测试,获得了母材和焊缝金属的基本拉伸性能数据,分析了电子束焊接接头显微组织对拉伸性能的影响.结果表明,电子束焊接使TC4-DT钛合金焊缝金属强度增加,塑性和韧性降低,应变硬化能力增强.焊接接头拉伸试验的断裂位置均在离焊缝边缘较远的母材上,母材为整个接头的薄弱环节.母材和焊缝金属拉伸断口均表现出延性韧窝断裂特征.与母材金属相比,焊缝金属拉伸性能的变化与电子束焊接过程中冷却速度快、在焊缝区形成了粗大β柱状晶及针状马氏体有关.     

TC4合金激光焊接工艺参数与接头组织性能研究

用OM、SEM等手段分析了不同激光焊接工艺参数下焊缝成形和其微观组织特征，并测试了焊缝的力学性能。结果表明：0．8mm厚钛合金板激光穿透焊离焦量范围约在-2mm～＋2mm之间，最佳离焦量为-0．5mm。随焊接线能量的增大，焊缝熔宽和背面宽度都呈增大趋势，且背面宽度的增加更为显著。TC4合金焊缝为针状马氏体α′组成的网篮组织。随着焊接热输入量的增加，马氏体的形态由平行的单相针转变为多相针，分布更加密集和散乱。不同焊接工艺参数下接头的强度均高于母材，塑性低于母材。