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.     

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。     

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.     

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。     

TC17钛合金线性摩擦焊接头组织及力学性能分析

针对固溶时效态TC17钛合金焊态及焊后热处理态线性摩擦焊接头,进行显微组织及力学性能对比分析. 结果表明,焊态时焊缝组织发生了回复与再结晶,由于焊后冷却速度较快,生成了亚稳定β相,焊缝区发生了软化;热力影响区组织沿受力变形方向拉长、细化、交替呈带状分布,加工硬化程度较高,显微硬度明显高于其它区域;热影响区由于二次次生α相基本溶解于亚稳定β相,导致显微硬度显著降低. 经过焊后热处理,亚稳定β相发生时效分解,析出了弥散程度更高的针状次生α相使得焊接区硬度大幅度提高. 由于亚稳定相的生成,焊态接头发生软化,拉伸均断裂在焊缝区,抗拉强度达到母材强度91.8%,断口呈脆性断裂形态;焊后热处理态接头由于二次次生α相的析出,起到弥散强化的作用,拉伸试验均断在母材,断口呈典型韧性断裂形态.     

热处理对异质钛合金线性摩擦焊接头组织和显微硬度的影响

研究焊后热处理对TC4和TC17异质钛合金线性摩擦焊接头显微组织的影响。焊态条件下焊缝组织为完全再结晶组织,表明线性摩擦焊接过程中,摩擦界面温度超过β相变点温度,其中TC4侧焊缝组织主要为具有马氏体组织结构的α′相,TC17侧焊缝组织主要为单一的β相。TC4与TC17侧热力影响区组织为严重的变形组织,且具有明显的方向性,但在该区各相的体积分数未发生变化。热处理后,TC4侧焊缝组织中α′转变为针状的α＋β相,且随着热处理温度的升高,针状α相粗化,长大现象明显,并导致该区的显微硬度下降。TC17侧焊缝组织热处理后从晶界和β晶粒内部析出了细小的α相,导致该区显微硬度明显提高。     

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。     

Ti6242合金线性摩擦焊及焊后热处理接头显微组织与力学性能的多尺度表征（英文）

通过线性摩擦焊技术对一种近α钛合金(Ti6242)进行连接,并进行焊后热处理。为了研究显微组织演变并建立显微组织与接头力学性能的关系,对焊态与焊后热处理的两种接头进行多尺度表征。结果表明,两种接头的断裂位置均位于母材,而经焊后热处理的接头在焊缝与热力影响区的硬度进一步提升。经过热处理后焊缝处的等轴晶粒中产生薄片状的α相集束,而热力影响区处的马氏体相分解为(α+β)相,从而提高焊接接头处的硬度。     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

对30 mm厚TC4钛合金进行电子束焊接试验,通过金相分析以及显微硬度测试对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,TC4钛合金母材由等轴α以及部分β转变组织组成,焊缝区组织在纵向上具有不均匀性。焊缝顶部β柱状晶粗大,沿熔合线向顶部生长,中部和下部柱状晶相对较小,垂直熔合线向焊缝中心对称竞相生长。β晶粒内部微观组织为针状马氏体,马氏体尺寸从焊缝顶部到底部逐渐减小。热影响区显微组织为等轴初生α相和α'针状马氏体,以及未完全转变的β相。焊缝区和热影响区显微硬度值高于母材;在焊缝区纵向上,顶部显微硬度值为340 HV,随着距离焊缝顶部距离的增加,硬度值显著增大,最大值为435 HV。     

电子束局部热处理对TC4钛合金焊接接头组织和性能的影响

通过对14.5 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接接头的局部热处理,研究了电子束局部热处理对钛合金电子束焊接接头组织、硬度和拉伸性能的影响.结果表明,电子束局部热处理后扫描区内的母材组织晶粒粗化长大,α相在原始β晶界处长大的同时,以层片状或针状的α形态向β晶内生长.局部热处理后冷却速度的降低使焊缝组织中的针状马氏体在分解析出β相的同时转变为α相,变短变厚的α相相互交错排列.另外,局部热处理消除了焊缝和热影响区的硬度突变.同焊后状态相比,局部热处理后焊接接头的整体性能沿焊缝垂直方向得到了均衡和提高,拉伸试样的断裂位置由焊后状态时的热影响区和母材的交界处转移到未经历热处理的母材区域.     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头组织及断裂韧性与裂纹扩展特性分析

文章采用了XRD、SEM、EBSD等显微表征技术分析了焊态及焊后热处理态下焊接接头各区域的微观组织特征,并研究了焊接接头的断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能。结果表明,焊缝区以再结晶组织为主,热力影响区等轴状初生α_p相转变为棒状结构,热影响区组织与母材基本相同,热力影响区与热影响区的原始β晶粒内部分区域形成了取向差角度约为60°的针状马氏体α′相,热处理促进了残余亚稳态β相分解,在片状α_s相间形成了大量断续分布组织。焊缝区α晶粒内大量的平行或交叉分布的片状α相和复杂的相界面结构可有效阻碍裂纹的扩展并改变裂纹的扩展路径,提高焊接接头的断裂韧性及抗疲劳裂纹扩展能力。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

采用真空电子束焊对7 mm厚TC4钛合金板进行焊接,利用光学显微镜对焊接接头显微组织进行表征,分析不同区域显微组织,通过显微硬度、拉伸试验、冲击试验、弯曲试验对力学性能进行测试,借助扫描电镜对拉伸、冲击断口形貌进行观察,对焊接接头显微组织演变规律和性能进行研究。结果表明,真空电子束焊焊接接头成形良好,TC4钛合金母材组织由α相和β相组成,焊缝区组织由原始的β相转变而成α′相（针状马氏体）,为粗大的柱状晶组织,热影响区组织由均匀且细小的针状马氏体α′相及原始的α相和β相组成;焊缝区显微硬度高于热影响区和母材区,从焊缝顶部到根部显微硬度逐渐下降;焊接接头抗拉强度高于母材抗拉强度;V形缺口在焊缝区的冲击试样具有较好的韧性。     

焊后热处理对铝锂合金激光焊接头微观组织的影响

采用Nd:YAG激光对3 mm厚5A90铝锂合金薄板进行激光焊接,焊后对接头进行了固溶-时效处理,对热处理前后接头微观组织和显微硬度的分布进行了对比研究。研究结果表明,焊态5A90铝锂合金激光焊焊缝组织晶粒形态为等轴枝晶,未观察到强化相;经过焊后处理后,接头不同区域组织均呈现明显的晶界,焊缝金属晶粒形态转变为等轴晶,焊缝组织均匀性得到改善,并且焊缝金属晶粒内部弥散析出较多的δ'强化相。焊态下5A90铝锂合金激光焊焊缝的显微硬度低于母材,焊后热处理使焊缝金属中δ'强化相析出从而使焊缝的硬度显著提高。     

Ti-22Al-27Nb合金线性摩擦焊接头组织与显微硬度分析

对Ti-22Al-27Nb合金进行了线性摩擦焊及热处理试验,并对热处理前后焊接接头的微观组织和显微硬度进行测量分析. 结果表明,利用线性摩擦焊方法焊接Ti-22Al-27Nb合金得到的接头无焊接缺陷. 焊态下,焊缝区形成了B2单相区组织. 热力影响区为B2 + O + α₂相三相区,出现等轴α₂相,针状O相几乎消失. 热处理后在焊缝区析出板条状O相和针状O相,热力影响区为O相均匀分布的两相区. 母材处的显微硬度值最低约为300 HV,随着向焊缝靠近,显微硬度值逐渐增加,焊缝中心达到最大值354 HV. 热处理后,由于板条O相和针状O相的沉淀析出,使焊缝中心显微硬度急剧增加.     

焊后热处理对TA2钛板氩弧焊接头显微组织和性能的影响

采用氩弧焊焊接TA2钛板，然后对焊态和焊后热处理后的组织与力学性能进行对比分析。结果表明，TA2钛板氩弧焊接头的焊缝宽度约为6 mm,热影响区宽度约为4 mm;焊缝组织主要由β等轴晶+内部针状α马氏体+少量α′马氏体构成，热影响区组织主要由α板条晶粒构成；焊缝硬度最高为195 HV0.5左右，电阻率比母材高且残余应力最大，横向和纵向残余应力分别达到500 MPa和225 MPa;经550℃焊后热处理后，焊缝晶粒尺寸与焊态基本一致，热影响区晶粒显著变小，焊接接头硬度显著增加，电阻率和残余应力都有所降低；经600℃焊后热处理后，焊接接头晶粒尺寸、显微硬度、电阻率与焊态基本一致，残余应力显著减小；经650℃焊后热处理后，焊接接头晶粒尺寸显著长大，显微硬度和电阻率降低，残余应力显著减小。     

焊前热处理对TC4-DT钛合金电子束焊接接头组织的影响

焊前首先对TC4-DT钛合金母材进行不同固溶处理,进而研究电子束焊接对接头显微组织的影响.结果显示,在炉冷条件下960℃固溶处理的母材为双态组织,晶粒细小,焊缝轮廓清晰,热影响区为等轴初生α相和针状马氏体α'相,焊缝为"网篮状"马氏体组织;经1018℃固溶处理的母材为魏氏组织,晶粒粗大,焊缝轮廓模糊,热影响区为板条状α相和针状马氏体α'相,焊缝柱状晶宽度增加;经960℃+1018℃固溶处理的母材,魏氏组织晶粒尺寸最大,焊缝柱状晶宽度也最大.固溶后空冷处理的母材α片层厚度小,热影响区α相也小,但焊缝区的马氏体α相变宽、变粗.     

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.     

TA15钛合金潜弧焊接头组织与性能分析

对29mm厚TA15钛合金进行了潜弧焊对接试验,对接头显微组织和力学性能进行了分析.结果显示,焊缝区内为尺寸较大的柱状晶,晶内为篮网状分布的针状α相;热影响区由完全再结晶区和不完全再结晶区组成.等轴的β晶粒内和晶界上都有针状α相析出.熔合区内等轴晶与柱状晶联生.接头的抗拉强度略低于母材,而断后伸长率约有母材的50%,断裂发生于焊缝区的柱状晶.接头弯曲性能较差,弯曲破坏发生于焊缝中心的柱状晶区.焊缝区硬度最高,从热影响区到母材硬度逐渐降低,母材硬度最低.     

薄板TC4钛合金TIG电弧和激光焊接接头晶粒尺寸与微观组织

对薄板TC4钛合金进行TIG电弧和激光焊接技术研究,重点分析了TIG焊接电流、焊接速度和激光输出功率对TC4钛合金焊接接头晶粒尺寸、微观组织和显微硬度的影响规律. 试验结果表明,在实现薄板TC4钛合金完全熔透的条件下,激光焊接具有更小热输入,接头焊缝区和热影响区宽度也显著降低. TIG焊接接头晶粒尺寸随热输入增加,呈现增加趋势. 随距焊缝中心位置增加,焊接接头晶粒尺寸均逐渐降低. TC4钛合金激光焊接接头焊缝区呈现魏氏组织特征,针状α'马氏体细小. 近缝热影响区组织为网篮状α'马氏体,而近母材热影响区为未转变α相和针状α'马氏体的双相组织. 随距焊缝中心位置增加,马氏体生成量逐渐减少,焊缝显微硬度值呈现降低趋势;同时相比于TIG焊接,TC4激光焊接接头具有更高的显微硬度.     

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.