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.     

焊后热处理对TA15钛合金线性摩擦焊接头组织和性能的影响

采用前期优化的工艺参数,通过自行研制的线性摩擦焊机焊接TA15钛合金试件,焊后对部分试件进行600℃×3 h的热处理,并对焊态和热处理态组织与力学性能进行对比分析。结果表明,焊态条件下接头组织更细小,为亚稳态组织;热处理态接头组织中析出了次生α相,且晶粒发生球化长大现象,接头组织更加均匀。对两种接头在室温条件下进行拉伸试验,接头拉伸断裂位置均在母材处,且热处理接头的抗拉强度和屈服强度均较焊态下要高。热处理后接头的疲劳强度明显提高。     

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。     

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.     

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。     

热处理对TC21钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

基于先进飞机构件研制需求,针对TC21钛合金线性摩擦焊接头,设计了3种热处理制度,开展了焊态及不同热处理状态下接头显微组织及力学性能研究. 结果表明,焊态试样的焊缝区由细化的β晶粒组成,晶内析出含有大量位错的针状马氏体,起到了位错强化作用,显微硬度相比母材明显提高,热力影响区由于次生α相发生了溶解,显微硬度相比母材有所降低. 热处理后焊接接头内的α相发生了显著变化,在高温区退火时,长时间保温导致初生条状α相长大,在低温区退火则促进了次生针状α相的析出;所有热处理后的接头进行拉伸试验后均断裂于母材区,经过双重退火的接头其焊缝区及热力影响区组织均为β转变组织+初生长条状α相 + 次生针状α相,并且各区域显微硬度基本与母材一致,组织更加均匀.     

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。     

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.     

振幅对线性摩擦焊接头组织和元素分布的影响

针对航空发动机整体叶盘常用的TC11和TC17钛合金,在线性摩擦焊设备上进行了试件焊接,对TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头进行了金相组织观察和电子探针测试,并测量了焊接过程的温度.结果表明,当其它工艺参数不变时,TC17侧焊合区的宽度随着振幅的减小而变宽,两侧热力影响区的组织沿着受力方向被拉长,而焊核区的组织为动态再结晶组织.Cr元素的浓度变化距离随着振幅的增加而增大.焊接过程的温度可达到1 200℃,超过了钛合金的β转变温度.     

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.     

热处理对TC4合金组织与性能的影响

研究了热处理对TC4半成品棒材的显微组织，拉伸性能，断裂韧性，裂纹扩展速率的影响，结果表明，经α＋β区固溶处理和β区固溶处理＋（α＋β）区时效处理后的TC合金显微组织分别为球状或条状初生α＋晶间β的双态组织和网蓝组织，双态组织结构具有高的拉伸性能和低的断裂韧性，网蓝组织具有良好的断裂韧性和疲劳性能。     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金φ300 mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:经800℃×2 hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织.等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率:双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率:片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同.总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得R_m≥3825 Mpa,R_(P0.2)≥750 Mpa,A_5≥8%,K℃≥90 Mpa ,疲劳裂纹扩展速率小于8×10~(-6)～9×10~(-6) mm/cycle的综合性能.     

超声冲击处理对TC4钛合金焊接试样微观组织及力学性能的影响

采用超声冲击对钛合金焊缝进行处理,对焊接接头的应力分布、显微组织和力学性能进行研究。结果表明,超声冲击处理会使焊缝表面形成一层厚度为80~120μm的致密强化层,减少了疲劳裂纹的长度和数量,提高了钛合金抗疲劳和抗腐蚀性能,降低了气孔、缩松等缺陷,使得拉应力转变为压应力,形成有利的压应力层。焊缝硬度增加且分布较为均匀,力学性能得到改善。     

热处理对TC18合金显微组织和力学性能的影响

研究了(α+β)相区等温锻造后β热处理、双重退火工艺对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在(α+β)相区锻造后采用β热处理,形成粗大β晶粒,引起"β脆性",强度和断裂韧性较高,塑性急剧降低,不能满足技术要求,有待进一步研究;采用双重退火热处理,强度稍低,塑性和断裂韧性均较好,综合性能较好。     

随焊冲击旋转挤压TC4薄板焊接接头的组织和性能

为了控制TC4薄板焊接件的失稳变形,采用了随焊冲击旋转挤压工艺。研究了此工艺对焊缝组织及接头性能的影响。对所获得的焊接接头进行了微观组织观察、维氏硬度测量和拉伸试验。结果表明:随焊冲击旋转挤压在控制焊接失稳变形的基础上,使承受冲击旋转挤压部位的硬度下降,未发生应变硬化的现象。而冲击旋转挤压前后的组织变化不明显。     

热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响

研究了不同热处理条件下TC4合金的微观组织和力学性能.结果表明,退火处理后,组织由α相与α相晶粒间弥散的细小等轴状β所组成,强度、硬度降低,韧性提高;在TC4两相区进行固溶处理,初生α相含量减少,形成了针状的马氏体α"组织,β相则由细小的等轴状逐渐转变为层片状,使得合金强度、硬度提高,伸长率呈下降趋势;时效处理后,针状的马氏体α"和亚稳态的β相将发生分解,转变成稳定的弥散的α相和β相,使合金综合性能得到改善.     

不同热处理工艺对TC21钛合金组织及力学性能的影响

利用不同的热处理工艺对钛合金进行处理,分析了固溶温度、时效温度以及时效时间对TC21钛合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,热处理工艺对钛合金组织中α相形状和数量影响较大。随着固溶温度、时效温度及时效时间的增加,钛合金的拉伸和屈服强度先增加后减小。最佳热处理工艺为固溶温度930℃,时效温度580℃,时效时间3.5 h。     

GH4169合金与S31042钢线性摩擦焊接头组织及力学性能

使用25 Hz振动频率、2 mm振幅、100 MPa摩擦压力和150 MPa顶锻压力的工艺参数对GH4169合金和S31042钢进行线性摩擦焊连接,通过OM、SEM和TEM分析异质接头的组织特征,并进行拉伸、硬度和蠕变实验测试异质接头在室温和高温环境下的力学性能。结果表明,GH4169合金与S31042钢的连接界面在线性摩擦焊过程中发生动态再结晶,形成无孔无裂纹的冶金结合,同时焊缝区在高温和应力作用下形成大量弥散分布的强化相颗粒。通过细晶强化和析出强化的综合作用,异质接头的抗拉强度高于S31042钢,焊缝区的硬度明显高于2种母材。     

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。