TC4钛合金高转速惯性摩擦焊接头组织及性能分析

采用高转速(3500～4300 r/min)惯性摩擦焊方法焊接TC4钛合金,观察了不同焊接工艺条件下焊接接头的显微组织,讨论了高转速条件下惯性摩擦焊接接头组织的形成机理,分析了焊接接头的性能.结果表明,TC4钛合金惯性摩擦焊焊接接头的形状呈"V"字型,焊缝区和热影响区的组织特征与低转速条件下的显微组织一致.焊缝组织沿径向变化,心部为细小的等轴晶,向外逐渐过渡为片状组织;焊缝区的硬度高于母材和热影响区;接头拉伸试样断裂于母材.     

TC4钛合金摩擦焊接头的力学性能及显微组织

对钛合金TC4（Ti-6Al-4V）摩擦焊接性能进行了较详细的试验分析。结合摩擦焊接参数的优化选择,叙述了该合金摩擦焊接过程的特点,讨论分析了其焊接接头的力学性能及焊合区的显微组织结构。试验结果表明,该合金具有良好的摩擦焊接性,在无特殊保护措施的条件下,优化工艺,可获得良好的焊接接头。由于TC4钛合金导热系数小,热塑性高,容易氧化,摩擦焊亦选用较小的规范参数。焊合区硬度略低于母材,拉伸度样断于母材,拉伸、冲击断口均表现出明显的韧性断裂特性。力学性能数据表明,用优化的规范参数,TC4钛合金可获得等强、等韧甚至超强、超韧于母材的摩擦焊接接头。TC4钛合金摩擦焊接接头焊合区组织为细密的网蓝状组织,焊合区与母材过渡区为双态组织。     

LD10铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀特性

利用搅拌摩擦技术对LD10铝合金板材进行焊接,观察了搅拌摩擦焊接头搅拌区、热机械影响区、热影响区及母材区的微观组织。通过浸泡试验、盐雾腐蚀试验、动电位极化和电化学阻抗谱评估了接头的腐蚀特性,分析了LD10铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀机理。发现搅拌摩擦焊接头区域的开路电位高于母材区,同时腐蚀电流密度小于母材区,且接头区域的容抗弧半径比母材区更大。LD10铝合金搅拌摩擦焊焊接接头耐蚀性好于铝合金母材,这同搅拌区晶粒细小和Cu Al2析出相分布均匀有关。     

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。     

TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织转变特征

采用搅拌摩擦焊接技术(friction stir welding,FSW)分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了连接,利用OM和TEM技术研究了焊接接头不同区域的微观组织转变特征。结果表明,FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区,各个区域经历了不同的热循环和塑性变形,呈现出不同的微观组织特征。母材区为热轧退火后的初生α和β双相组织。空气条件下,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,搅拌区为针状马氏体结构,组织转变主要为马氏体相变。     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织演变及力学性能

电子束焊因其真空环境、能量密度大、焊缝深宽比大等优点,被广泛应用于钛合金焊接。系统研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头组织演化及其力学性能。结果表明:熔合区中部由粗大原始β柱状晶组成,内部为αGB、块状α集束和部分网篮组织构成的混合组织,靠近热影响区的熔合区由等轴原始β晶粒构成;热影响区存在较显著的组织不均匀性,随着距熔合区距离增大,β转变组织(次生α片层+残余β相)含量逐渐降低,初生α相含量逐渐升高;熔合区平均显微硬度比母材高约50 HV,接头抗拉强度达到906 MPa,接头强度系数达到96%,拉伸断裂位置位于熔合区内。     

TC4钛合金激光拼焊接头显微组织及力学性能分析

文中系统分析了TC4钛合金激光拼焊接头的显微组织与力学性能.结果表明,TC4钛合金激光焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部是针状马氏体交织成的网篮状组织;热影响区组织为α+β+针状α′组织,且分布不均匀,靠近熔合线的区域晶粒更粗大,针状马氏体数量更多分布更密集.0.8 mm厚TC4钛合金薄板拼焊工艺参数为焊接功率1100～1 300 W,焊接速度1.5～3.0 m/min.焊缝力学性能优良,拉伸试样均断裂于离焊缝中心较远的母材上,母材和焊缝断口形貌都显示韧窝断口特征,且焊缝断口韧窝相对更较小.     

铸态TC4钛合金电子束焊接头组织与性能研究

文中分别采用6种不同电子束焊工艺对厚4 mm和厚6 mm TC4钛合金板进行对接焊，分析了电子束焊接头各区域的显微组织、显微硬度、室温拉伸及冲击韧性等力学性能。结果表明：TC4焊缝区主要为粗大的柱状晶组织，晶粒内部存在交错分布的针状α′马氏体和β相；4 mm和6 mm板的硬度最大值出现在焊缝区，焊缝区冲击韧性较差，4 mm板中1^#试样的冲击韧度最大，约为29.33 J/cm²;6 mm板中2^#试样的冲击韧度最大，约为20.08 J/cm²。     

焊接热输入对TC4钛合金TIG焊接头组织和性能的影响

观察不同焊接热输入条件下TC4钛合金TIG焊接头的微观组织特征,分析接头力学性能、显微硬度及断口形貌。结果表明,焊缝主要为针状α'马氏体组成的网篮组织,未发现其他生成相。热影响区主要为α+β+α',且越靠近焊缝的热影响区晶粒越粗大,晶内马氏体越多、越密集。针状α'相尺寸随焊接热输入的增大而增大,马氏体取向亦更加混乱。接头抗拉强度随焊接热输入的增大而增大,在1 144 J/mm时达到912 MPa。不同焊接热输入下的接头硬度值随距焊缝中心距离的增大先降低后升高,并在距焊缝中心3~5 mm的粗晶区存在一软化区。随着焊接热输入的增大,接头平均硬度值增大,且软化区向母材方向偏移。TC4钛合金TIG焊接头的断裂方式属于脆性断裂。     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

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.     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头温度场分析

通过对惯性摩擦焊过程摩擦机理的分析 ,讨论了TC4钛合金惯性摩擦焊工艺参数与焊接过程界面摩擦扭矩及能量转换的关系 ,采用热电偶对TC4钛合金惯性摩擦焊焊接过程接头温度分布进行了测试 ,焊接接头沿径向温度梯度很大 ,中心温度接近80 0℃ ,边缘达 136 0℃。通过显微组织分析验证了测量结果 ,焊缝中心为细小的等轴组织 ,沿径向晶粒长大飞边为针片状组织。     

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。     

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.     

TC4钛合金电子束焊接接头高温性能与组织

通过高温拉伸试验、高温持久拉伸试验以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和高温性能进行了研究.结果表明,用电子束焊接TC4钛合金可获得高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的高温抗拉强度为630 MPa,与母材相当.高温持久拉伸时焊接接头在400 ℃下100 h的持久强度大于600 MPa,不低于TC4钛合金母材同等条件下的持久强度.TC4钛合金母材室温下的组织为典型的轧制状态组织,即拉长了的针状α β组织,焊缝组织是由原始β相转变而成的α'相,即针状马氏体.经高温拉伸和高温持久拉伸后焊缝晶粒均明显长大,但其晶粒的长大程度与高温持续时间无关.     

超塑成形TC4薄板激光焊接头组织及性能研究

对1mm厚Ti6A14V钛合金薄板进行了激光焊接工艺试验,研究结果表明：激光焊配合修饰焊工艺获得成形均匀和质量良好的接头,且焊缝内部无气孔、裂纹等缺陷。接头焊缝区组织以针状α′马氏体相为主,热影响区组织分为粗晶区和细晶区,粗晶区包含较多的针状马氏体,细晶区则为板条状α相＋少量针状马氏体;接头硬度由母材区到焊缝区呈逐渐增高趋势,焊缝区显微硬度最高,为371HV。薄板TC4钛合金激光焊接头拉伸强度与基材相当,断后伸长率略低于母材,接头横弯弯曲角度略低于母材,弯曲断裂于母材侧。     

热处理对TC4钛合金电子束焊接件组织性能的影响

对分别处于退火和固溶时效态的TC4钛合金进行电子束焊接,焊后采用不同的热处理工艺,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射(XRD)的方法对这两种TC4焊接件的微观组织及相组成进行了分析,并进行力学性能试验.结果表明,两组试件母材组织均为α相和β相转变组织的机械混合物,但状态和分布不同;退火态试件的热影响区为粗而短的针状α相和少量初生α相,焊缝为单一板条α'马氏体,粗大且分布均匀,属于典型的网篮状组织,而固溶态试件热影响区中的针状α马氏体细小且分布不均;焊缝主要为粗大原始β晶粒内针状回火α'马氏体及晶界α相.这两组试件的抗拉强度及冲击韧度均高于母材,但退火态试件抗拉强度高于固溶态试件,冲击韧度略低于后者.     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头塑性金属流动行为研究

分别对相同焊接面积和不同焊接面积的TC4钛合金棒材进行惯性摩擦焊试验,通过镶嵌标示材料的方法,探讨了其焊缝附近塑性金属的流动行为。研究表明,在焊接过程中,焊缝附近塑性金属呈两种运动方式:焊缝面的水平圆周运动和焊缝厚度方向的螺旋前进运动。当焊接面积相同时,塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力和"X"形焊缝的作用下,以螺旋的流动方式向焊缝流动。外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后内部金属流出形成接近焊缝的飞边。当焊接面积不同时,在摩擦扭矩、顶锻压力和"弧"形焊缝的作用下以螺旋的流动方式向焊缝流动,细端外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后细端内部金属流出形成接近细端焊缝的飞边,当细端飞边达到与粗端焊接面积相同时粗端才会出现飞边。     

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.