大厚度TC4钛合金窄间隙焊接接头组织性能研究

围绕磁控窄间隙TIG焊接（MCNG-TIG）和真空电子束焊接（EBW）大厚度TC4钛合金接头微观结构不均匀性及其对接头力学行为的影响进行了对比研究。利用扫描电子显微镜对两种接头中部焊缝区和热影响区不同区域的微观组织进行了表征,并对接头截面显微硬度分布和室温拉伸性能进行测定。结果表明,两种接头焊缝区皆为网篮组织,但MCNG-TIG焊缝中α板条宽度比EBW焊缝更加细小。热影响区为初生α相+β转变组织构成的混合组织。随着距焊缝中心的距离增大,β转变组织含量降低。MCNG-TIG热影响区中β转变组织比EBW热影响区更加细小。MCNG-TIG接头平均硬度分布为：热影响区>母材>焊缝;EBW接头平均硬度值分布为：焊缝>热影响区>母材。两种接头的室温拉伸强度系数皆达到0.9以上,EBW接头强度和延伸率略高于MCNG-TIG接头。MCNG-TIG接头室拉伸断裂位置位于靠近母材的热影响区,而EBW接头断裂位置位于焊缝中心。拉伸应变演化结果表明,MCNG-TIG接头在拉伸早期阶段在焊缝中和靠近母材的热影响区同时出现了应变峰值区域。随着拉伸的进行,双应变峰值区特征消失,塑性应变主要集...     

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。     

强制冷却对TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织性能影响

分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),对比研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区。母材区为热轧退火后的初生α和β双相组织。空气条件下焊接,搅拌区为α+β片层结构,组织转变主要为β相转变为片层α+β两相,热机械影响区为等轴晶α和α+β片层的双态组织,组织转变受动态再结晶和相变共同作用。强制冷却条件下焊接,搅拌区为针状马氏体,组织转变主要为马氏体相变。与空气条件下接头相比,强制冷却条件下的FSW接头显微硬度明显提高,但抗拉强度略微降低。     

Ti150与TC19异种钛合金钎焊工艺与接头性能研究

高温钛合金Ti150是能在600℃环境下长期服役的新型高温钛合金,TC19钛合金是一种富β的α+β两相钛合金,具有高强度、高韧性的特点。采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni(wt.%)非晶合金箔带作为钎料,进行了Ti150高温钛合金与TC19钛合金的真空钎焊连接工艺研究。通过扫描电镜分析接头组织,利用万能试验机测试接头室温和高温拉伸强度。结果表明:在930℃/35 min钎焊条件下,接头室温抗拉强度955.3 MPa,500℃高温抗拉强度达到540.0 MPa,550℃高温抗拉强度达到505.6 MPa,接头室温拉伸试样断裂于焊缝,断口总体为脆性断裂,接头高温500℃、550℃拉伸试样均断于Ti150基体上或近Ti150端面上,Ti150基体端断口有明显的延伸塑性变形。     

激光选区熔化复合制造TC4钛合金组织性能研究

采用选区激光熔化技术(SLM)在锻造后的TC4合金基体上制备TC4钛合金增材/锻件复合成形件,并采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和拉伸试验机等试验设备,分析了不同SLM参数下TC4钛合金复合成形件微观组织及力学性能。结果表明：复合试样微观组织分为锻件基体区、结合区以及增材区三个区域。增材区与锻件区之间界线清晰,无未熔合、气孔、裂纹等缺陷。锻件区组织为等轴组织,增材区为相互交错的针状α′马氏体组织。性能试验结果表明：增材区和结合区抗拉强度及屈服强度均显著优于锻件;其中结合区强度最高,增材区次之。综合考虑强度和塑性,激光功率为280 W,扫描速率为1100 mm/s下得到的复合试样拉伸性能最好。     

TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织性能

采用激光-MIG复合焊接方法实现了3 mm厚TC4钛合金的焊接,并研究了焊接接头的组织特征、硬度分布、拉伸性能和耐蚀性能。研究结果表明：激光-MIG复合焊接可以实现TC4钛合金的高质量焊接,焊缝成形良好,无明显缺陷;焊缝中心为粗大的β相柱状晶,晶内为细小的针状α′马氏体;热影响区主要为等轴状的α相+β相+α′马氏体,随着远离熔合线,晶粒越来越细且α′马氏体含量越少;焊缝区硬度最高、热影响区硬度次之,母材区硬度最低,且热影响区粗晶区硬度高于细晶区硬度;焊接接头平均抗拉强度为1 069 MPa,平均断后伸长率为5.3%,试样均断裂在靠近热影响区的母材区域,断口呈现塑性断裂特征,同时焊接接头的耐蚀性能略高于母材。     

CuMnNiSi钎料钎焊不锈钢接头组织性能研究

采用新型的Cu-Mn-Ni-Si钎料真空钎焊2Cr13不锈钢,研究了钎焊温度和保温时间对接头组织和室温力学性能的影响.结果表明:钎焊接头组织由钎缝中心区Cu-Mn基固溶体和钎缝界面反应区的(Fe,Ni,Mn)- Si化合物组成.随着钎焊温度的增加,钎缝界面处化合物层厚度减小,Cu-Mn基固溶体相应增多,接头室温剪切强度随之增加,在钎焊时间15min、钎焊温度1050℃时达到321 MPa.在钎焊温度1000℃时,接头室温剪切强度随着钎焊保温时间的延长先增加后降低,在钎焊保温时间30min时取得最大值305 MPa.     

电子束高频扫描对TC4钛合金组织性能影响的研究

为了提高TC4钛合金表面硬度和微观组织,采用高频电子束扫描对TC4钛合金表面进行处理。为了获得良好的电子束高频扫描工艺参数,分别研究了电子束能量、聚焦电流、扫描频率等工艺参数调整时,TC4钛合金表面硬度和微观组织变化。将经过不同工艺处理的TC4钛合金,分别检测了表面硬度、表面组织、硬化层深度、硬化层内部组织。研究结果表明：与未经处理的TC4母材相比,经过电子束高频扫描处理的TC4钛合金表面硬度增加了40Mpa以上;随着电子束能量增加,影响深度将会增大;聚焦电流在小范围内调整,将会获得较高的表面硬度;处理区域的表面硬度逐渐减小,晶粒增大;其它工艺参数不变时,随着扫描次数增大,表面硬度逐渐降低,影响层的晶粒将会逐渐粗化。     

TC6钛合金变形及热处理组织性能研究

研究TC6合金在960℃变形时不同变形程度、不同热处理制度,并对室温拉伸性能进行了测试.结果表明,经过不同变形程度后组织发生了变化,变形量越大晶粒组织越细小.等温退火后塑性较高,强度较低;固溶时效处理后强度明显提高.而塑性低于等温退火状态.     

TC4钛合金蜂窝板钎焊接头组织性能分析

研究了TC4钛合金蜂窝板的钎焊工艺,试验采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料,真空度不低于2×10-3 Pa,钎焊温度为930℃,保温时间为30 min.对焊后试件的钎焊界面组织进行超声无损检测,检测结果表明面板与蜂窝芯钎焊效果极好,未发现有脱焊、虚焊等现象.采用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）法进行了试验分析.结果表明,母材和钎料发生相互扩散渗透反应,并出现有新的析出相.该工艺下蜂窝板的界面平均拉脱强度为12.8 MPa,抗剪强度为9.01 MPa,钎焊接头属于脆性断裂.     

TC18钛合金电子束熔丝成形送丝工艺与显微组织性能

利用电子束熔丝成形(EBRM)技术制备了TC18钛合金试样,研究了相同热处理工艺条件下,不同送丝方式对电子束熔丝成形TC18钛合金组织与性能的影响。结果表明:电子束熔丝成形件经热处理后,2种工艺对应的宏观组织均为异常粗大的β柱状晶,但是单丝工艺晶粒尺寸较双丝工艺细小;2种工艺成形后显微组织均为片状初生α相、β转变组织及晶界α相,单丝片状初生α相含量多于双丝,且片间距小于双丝;单丝工艺对应的塑性及稳定性均高于双丝,强度略低于双丝。     

SiC陶瓷与TC4钛合金反应钎焊的研究

采用Ｃｕ箔对常压烧结的ＳｉＣ陶瓷与ＴＣ４钛合金进行了接触反应钎焊,并对接头的微观组织,形成机理和室温强度进行了研究。结果表明,利用Ｃｕ箔可以在低于其熔点的温度实现ＳｉＣ与ＴＣ４钛合金的连接。接头界面具有明显的层状结构,即由Ｔｉ－Ｃｕ－Ｓｉ合金层,Ｔｉ－Ｃｕ合金层和富Ｔｉ的Ｔｉ－Ｃｕ－Ａｌ合金层组成。在１２７３Ｋ的条件下连续５ｍｉｎ,接头室温关照切达到１８６ＭＰａ。     

钛合金激光填药芯焊丝接头组织性能

通过激光填丝焊接方法并采用自主开发设计的钛合金药芯焊丝,进行TC4钛合金板的焊接,对获得的焊接接头进行850℃保温2 h后随炉冷却退火工艺处理,并与焊态焊接接头的组织性能进行比对分析,结果表明,热处理态焊接接头焊缝中由α_p相、α_s相集束及点状分布的残留β相构成,没有发现焊态焊缝中的α’马氏体组织;热处理态焊接接头强度降低但断后伸长率和常温冲击韧性增加;热处理态焊接接头拉伸断口由大量撕裂唇包围,韧窝深且均匀,呈微孔聚合韧性断裂.通过XRD测试发现焊态焊缝中主要由α’马氏体组成,还有少量极弱的多角度α相衍射峰,而热处理态焊缝中α相衍射峰中心角度位置与焊态焊缝中α’马氏体一致,另外还发现了较为明显且尖锐的β相(110)衍射峰.     

TC4钛合金退火工艺研究

为了降低TC4钛合金的硬度并获得良好的加工性能,对其进行了普通退火和等温退火实验,并讨论了不同热处理工艺对TC4钛合金的显微组织和力学性能的影响。实验结果表明:两种退火工艺的影响差别不大,普通退火更适合应用于实际。     

TC4钛合金感应加热钎焊有限元分析

利用ANSYS有限元模拟软件,建立了TC4钛合金感应加热钎焊数值分析模型.建模时,充分考虑了感应电流的集肤效应及磁场的边缘效应.计算中,考虑了材料的非线性,运用了APDL参数化设计语言,利用多步嵌套循环实现磁-热耦合,最终得到了相应的电磁场、温度场分布情况.从模拟结果可知,磁力线随焊件与感应线圈间距增大变稀疏:焊件最高温度出现在焊件侧表面附近,最低温度出现在焊件上表面;焊件侧表面升温速率(加热速度)逐渐减小,焊件上表面升温速率先增加后减小,最终焊件各处升温速率将趋于相等.上述模拟结果将对TC4钛合金感应加热钎焊试验过程提供可靠理论依据.     

紫铜搅拌摩擦焊接工艺与接头组织性能研究

以10 mm厚T2紫铜为研究对象开展搅拌摩擦焊工艺试验。结果表明,在一定参数范围内,可获得表面成形良好、无内部缺陷的优质接头。接头的宏观截貌由焊核区、热影响区和母材组成,未观察到热机影响区。其中焊核区发生明显的动态再结晶,获得细小等轴晶组织,热影响区晶粒有所长大。接头的显微硬度分布呈"W"形,焊核区和热影响区的硬度值均低于母材,热影响区的硬度值最低,焊核区硬度比较稳定。当转速为400 r/min、焊速为100 mm/min时,接头抗拉强度达到母材的97%。不同参数下接头的断裂位置均位于后退侧热影响区。     

电子束高频扫描对TC4钛合金组织性能影响的研究（英文）

为了提高TC4钛合金表面硬度和改善微观组织,采用高频电子束扫描对TC4钛合金表面进行处理。为了获得良好的电子束高频扫描工艺参数,分别研究了电子束能量、聚焦电流、扫描频率等工艺参数调整时,TC4钛合金表面硬度和微观组织变化。对经过不同工艺处理的TC4钛合金,分别检测了表面硬度、表面组织、硬化层深度、硬化层内部组织。结果表明:与未经处理的TC4母材相比,经过电子束高频扫描处理的TC4钛合金表面硬度增加了40 MPa以上;随着电子束能量增加,影响深度增大;聚焦电流在小范围内调整,可获得较高的表面硬度;处理区域的表面硬度逐渐减小,晶粒增大;其它工艺参数不变时,随着扫描次数增大,表面硬度逐渐降低,影响层的晶粒逐渐粗化。     

Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金

使用Ag-Cu钎料钎焊ZTA陶瓷与TC4钛合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析了钎焊接头界面组织,阐明了反应机理,并研究了钎焊温度对接头界面组织和力学性能的影响. 结果表明,钎焊接头的界面结构为ZTA陶瓷/TiO+Ti₃(Cu,Al)₃O/Ag(s,s)/Ti₂Cu₃/TiCu/Ti₂Cu/α+β-Ti/TC4合金. 随着钎焊温度的升高,钎缝中Ag基固溶体层变薄,Ti-Cu金属间化合物层变厚,当钎焊温度达到890 ℃时,Ti-Cu金属间化合物几乎占据整了个钎缝区域. 随着温度的升高,接头抗剪强度先增大后减小,在钎焊温度为890 ℃时,接头的室温抗剪强度达到最大值,其值为43.2 MPa.     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头性能研究

对40 mm厚TC4-DT钛合金自由锻件进行焊接。通过对焊接接头显微组织分析及拉伸、冲击等测试,研究了该合金电子束焊接接头的相关性能。经研究发现:TC4-DT锻件具有良好的焊接工艺性能,焊缝为网篮组织,该合金电子束焊接接头的拉伸强度与锻件相当,但冲击韧性与锻件相比略低。