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。     

TC17钛合金惯性摩擦焊接头组织特征分析

TC17是一种α β型钛合金,主要用于制造航空发动机整体叶盘、转子和大截面锻件.采用惯性摩擦焊工艺制造航空发动机压气机整体转子能够减少零件数量并有效地提高结构刚度.主要分析TC17惯性摩擦焊接头区组织特征,结果表明:接头组织为细晶区、变形晶区和热影响区,晶粒内部为残留的亚稳定β'相;焊接接头时效热处理后晶粒内部为细小的层片束初生α相、短小的次生α相和β相.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

Microstructure and fatigue properties of linear friction welded TC4 titanium alloy joints

The welded joints are often subjected to cyclic stresses and high-strain-rate deformation resulting in worrisome fatigue failure. Therefore, it is necessary to evaluate the fatigue resistance and cyclic deformation characteristics of these weldments. Ti–6Al–4V–0.3Fe–0.1C–0.05N–0.015H–0.2O (TC4) titanium alloy joints were produced via linear friction welding and a sound joint was obtained. It was observed that fine subgrains formed in the weld zone where the hardness became higher. The strain ratio had a strong effect on the cyclic deformation characteristics of the joint, with hysteresis loops being different at different strain ratios. However, the difference of fatigue life of the joint was small with varying strain ratios. The stress amplitude of linear friction welded TC4 joint showed essentially cyclic softening until failure at all strain ratios. Fatigue cracks initiated from the near-surface of base metal and propagated by the formation of fatigue striations together with secondary cracks.     

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.     

FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊连接FGH98合金,研究了热处理对FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织以及力学性能的影响。结果表明,原始态焊接接头焊合区主要由γ 和 γ′ 两相组成,γ′相在焊接过程中发生了回溶,残余γ′相尺寸和数量均明显降低,经过热处理后,焊合区晶粒尺寸、残余γ′ 相的尺寸和数量未发生明显变化;原始态焊接接头的焊合区的硬度值最高,在焊合区的中心区域存在硬度降低的现象,热处理态焊接接头显微硬度整体分布相比原始态硬度值未发生较大变化;焊接接头室温拉伸的断裂位置在母材区,屈服强度大于1 130 MPa,达到母材的93%以上;抗拉强度大于1 616 MPa,达到母材的99%以上;750 ℃拉伸的断裂位置在焊缝区,屈服强度大于1 025 MPa,达到母材的99%以上;抗拉强度大于1 197 MPa,达到母材同等水平。创新点：(1)采用惯性摩擦焊焊接FGH98镍基粉末高温合金,研究了热处理前后的焊接接头微观组织形貌。(2)结合微观组织分析,对力学性能进行了研究。     

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.     

TC4钛合金真空钎焊接头组织与高温性能

采用高钛含量的粉状Ti-Zr-Ni-Cu钎料实现了TC4钛合金的真空钎焊,分析了不同工艺参数对接头高温(600℃)抗拉强度的影响,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析等方法研究了钎焊接头界面组织,确定了界面反应产物及其形态分布.结果表明,在界面反应层中生成五种产物:钛基固溶体、Ti₂Ni,Ti₃Al,CuTi₃,Zr₂Ni.随着钎焊温度和加热时间的增加,接头抗拉强度呈现先增大再降低的趋势,当钎焊温度为950℃和保温时间为30 min时,获得最大高温(600℃)抗拉强度为387 MPa的钎焊接头.     

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K-TIG焊接接头的显微组织及力学性能

采用锁孔型钨极氩弧焊(K-TIG)在不同热量输入条件下焊接厚度为12 mm的Ti-6Al-4V(TC4)钛合金板,并研究焊缝金属区(WMZ)的显微组织、晶界特征及力学性能.实验结果表明:当输入热量为2.30～2.62 kJ/mm时,K-TIG焊缝成形良好,未出现明显的缺陷;当热输入逐渐增加时,α板条的长度增加,α'相和...     

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.