TC4钛合金激光焊接/超塑成形组合工艺研究

本文将超塑成形(SPF)和激光焊接技术(LW)相结合,开发激光焊接/超塑成形组合工艺(LW/SPF),研究TC4钛合金激光叠焊接头的超塑性变形行为,并对超塑性变形前后的显微组织进行分析.结果表明,TC4钛合金激光叠焊接头能够承受焊板的变形,试样在母材断裂,并通过四层板的模拟件研制验证了超塑成形/激光焊组合工艺工业应用的可行性.     

激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

为了研究激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,采用激光熔覆技术,通过逐层堆积TC4钛粉,对TC4钛合金板表面凹槽进行修复。利用光学显微镜和扫描电镜分别观测试样的微观结构和疲劳断口,采用疲劳裂纹扩展实验测定试样裂纹长度与循环次数,利用修正的七点递增多项式拟合法获得每组3个试样在相同裂纹长度下的疲劳裂纹扩展速率。实验结果表明:激光修复区由β晶粒和沿晶界连续分布的α相组成,属于典型的魏氏组织,热影响区由等轴的α晶粒和β转变组织组成,属于典型的双态组织;同母材相比,激光熔覆修复件疲劳裂纹扩展速率显著降低。TC4钛合金熔覆修复件抗疲劳裂纹扩展能力的提高归因于魏氏组织断裂韧性高和双态组织优异的综合力学性能。     

不同热处理对TC4钛合金电子束焊接接头组织与性能的影响

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,焊后进行不同热处理。采用光学显微镜和X射线衍射的分析方法对这两种TC4钛合金焊接件母材、热影响区及焊缝的显微组织及相组成进行了观察和分析,同时对其进行了室温拉伸和冲击试验。结果表明,同种电子束焊接工艺经过不同焊前及焊后热处理,各区域组织明显不同,由此导致了退火态焊接件抗拉强度低于固溶态焊接件,冲击性能略高于后者,同时这两种焊接件的抗拉强度及冲击性能均高于母材。     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

化学腐蚀工艺对激光选区熔化成形TC4钛合金表面粗糙度的影响

采用化学腐蚀技术解决激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形钛合金表面黏附粉末导致表面粗糙的问题,系统研究了腐蚀溶液成分及工艺参数对SLM成形TC4钛合金表面粗糙度的影响。研究结果表明,腐蚀液的成分配比与腐蚀时间是主要的影响因素,随着HF/HNO3体积比的减小,样品表面粗糙度降低效果减弱。当HF/HNO3=1/4时,随着腐蚀时间的增加,样品表面粗糙度显著降低,但当腐蚀时间过长时会造成对基体的损伤。当HF∶HNO3体积比=1∶4,腐蚀时间为9 min时,样品表面粗糙度为2.52μm,同时腐蚀处理过程对样品的尺寸影响较小(降低0.12 mm),此时达到一个最佳状态。     

TC4钛合金板材电子束焊接疲劳性能

研究了不同工艺电子束焊接TC4钛合金板材的疲劳性能及断口金相组织。结果表明:工艺为V=150kV、If=366mA、v=600mm/min、Ib=69mA的试样焊缝的疲劳性能最好;气孔和冷隔作为应力集中源起作用而易成为裂纹源;焊缝及母材断口均由小断块组成,断块上有典型的疲劳辉纹;工艺为V=90kV、If=1654mA、v=600mm/min、Ib=51.1mA和V=150kV、If=342mA、v=200mm/min、Ib=29mA的试样焊缝疲劳辉纹间距较母材大,即扩展速率较母材快,疲劳性能不如母材;焊缝柱状晶内的网篮状马氏体组织越粗大,裂纹扩展性能越差;裂纹的扩展方式主要是穿晶断裂,相邻柱状晶内的网篮状组织取向差别太大,穿晶扩展受阻,裂纹便改沿晶扩展。     

低温对TC4脉冲激光焊接接头组织和性能的影响

在-120~25℃温度范围内对TC4钛合金薄板脉冲激光焊接接头进行了拉伸试验,并对拉伸断裂后的显微组织进行了观察,研究了低温对TC4钛合金脉冲激光焊接接头组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着温度的降低,TC4钛合金脉冲激光焊接接头的显微组织并未出现明显变化,拉伸强度升高而延伸率下降,呈延性断裂模式。在低温拉伸过程中,TC4钛合金脉冲激光焊接接头母材区域的α相中有滑移带形成,预示变形机制仍然是位错滑移机制。     

TC4钛合金的激光快速成形特性及熔凝组织

在惰性保护气氛中对TC4钛合金的激光快速成形特性进行了试验研究.结果表明,虽然影响TC4钛合金激光快速成形的工艺参数较多,但其作用是通过对激光沉积特性的影响来体现的.显著影响成形过程沉积特性工艺参数主要包括单层熔覆厚度、单道熔覆宽度、Z轴的单层行程△Z和多道间搭接率,必须对其进行严格控制.成形件的熔凝组织由细小的针状马氏体α'和原始β晶界组成,各层之间为致密的冶金结合.和锻造TC4钛合金相比,激光快速成形过程的快热快冷使α-Ti固溶体的固溶度增大.     

不锈钢与钛合金纳秒激光焊接工艺研究

目的 针对不锈钢与钛合金异种金属焊接时,容易产生间化合物,导致焊点拉力低的现象,通过纳秒激光焊接工艺来提高不锈钢与钛合金异种金属焊接的焊点拉力.方法 采用纳秒光纤激光器进行304不锈钢与TC4钛合金的焊接实验,通过激光运行螺旋线组成焊点,并对工艺参数进行正交试验,得到焊点拉力最大的工艺参数.结果 当激光功率为90 W,...     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

基于正交试验的TC4钛合金激光焊工艺优化研究

目的 探究激光功率、焊接速度、离焦量对TC4钛合金激光焊接接头宏观形貌、微观组织及力学性能的影响。方法 通过正交试验方法,研究激光功率、焊接速度、离焦量对接头拉伸性能的影响,并将这3个工艺参数转换为热输入,进一步研究热输入对接头形貌、组织及力学性能的影响。结果 当热输入低于95 J/mm时,焊接接头上下熔宽比较大,焊缝截面呈“V”形;当热输入高于250 J/mm时,接头组织晶粒粗大,甚至出现气孔、错边等冶金缺陷;当热输入为125 J/mm时,焊缝成形美观,焊接接头上下熔宽比接近1,焊缝截面呈“H”形。焊缝区组织主要由原始α相、β相及冷却阶段生成的αʹ相组成,随着热输入的增大,β相柱状晶尺寸逐渐粗化,αʹ针状马氏体相尺寸也相应增大。此外,焊接速度和离焦量对拉伸性能有显著影响,拉伸性能随着热输入的增大呈现先升高后降低的趋势,断口呈韧性断裂特征。当热输入为125 J/mm时,拉伸性能达到最佳,断裂位置发生在母材区,抗拉强度为1 010 MPa,断后延伸率为9.82%;焊缝区中心区域显微硬度高于热影响区及母材区显微硬度。结论 当热输入为125 J/mm时,在TC4钛合金激光焊下,可获得成形美观、性能优良的焊接接头。     

TC4钛合金焊接工艺研究

对TCA钛合金进行A—TIG焊和TIG焊,分析不同的焊接方法和焊接工艺参数对焊后钛合金熔深、熔宽和焊缝熔池区域显微组织的影响,运用了光学显微镜等,对A—TIG焊接头的力学性能、显微组织进行了分析研究。试验结果表明,和常规TIG焊相比,在相同的焊接参数下,A—TIG焊能够有效减小熔宽,显著增加熔深;A—TIG焊能够有效减少焊缝气孔数量;对于TCA钛合金的焊接,A—T1G焊比常规TIG焊具有较明显优势。     

热处理对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

对TC4钛合金进行不同热处理工艺处理,并观察分析了不同工艺处理后TC4钛合金的金相显微组织。通过拉伸、示波冲击试验,分析研究了固溶处理和时效处理对TC4钛合金显微组织、力学性能和冲击韧性的影响。结果表明,TC4钛合金固溶时效后的组织由β基体和析出的α相组成,具有片层状β相和小针丛状α相组织可获得较高综合性能。断口ESEM分析表明断裂特征为韧窝状穿晶韧性断裂。     

激光相变热处理对TC４电子束焊缝残余应力的影响

利用CO２激光相变热处理技术对TC４钛合金电子束焊缝进行了处理,研究了激光功率、光斑直径、 辅助气体等激光工艺参数对电子束焊缝残余应力分布的影响。实验结果表明,激光相变热处理改善了焊缝残余 应力的分布,使焊缝表面残余应力由拉应力转变为压应力,其压应力值随着激光功率的增加而增大,随着激光 光斑直径的减小而增加;辅助气体为O２时残余压应力值比辅助气体为N２大３０～４０MPa,激光相变热处理显著 提高了TC４钛合金电子束焊缝的残余压应力及其使用寿命。     

热处理对TC11钛合金室温力学性能的影响

通过光学显微镜、拉伸性能和冲击性能测试仪,研究TC11钛合金经过不同热处理后的显微组织和力学性能。结果表明,280 mm棒材坯料边缘部位室温性能波动与热变形过程中的摩擦力和温降有关;当固溶温度由940℃提高到970℃时,室温强度和塑性均出现了明显的下降,强度下降约50 MPa,延伸率的相对值下降约为8%;固溶温度由970℃升高到980℃时,强度提高约30 MPa,延伸率和断面收缩率均有所提高;时效时间对TC11钛合金室温拉伸性能影响不显著,但对室温冲击性能影响显著,当时效时间由4 h增加到8 h时,显微组织发生了明显的球化,长条状的初生α相数量显著降低,初生α相和次生α相均有所长大,导致冲击性能显著增强,提高了30.4~33.6 J,但室温拉伸强度和塑性变化不大。     

TC4钛合金选区激光熔化与层间激光冲击强化复合工艺

目的 改善激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺成形的TC4合金的内部缺陷,提高疲劳寿命。方法 选用TC4钛合金为研究对象,提出了SLM结合层间激光冲击(3D-Laser Shock Peening,3D-LSP)与热处理的强化工艺,对复合制造工艺下的微观组织、内部缺陷和力学性能演变进行了研究,并建立了复合强化工艺制造样品的疲劳寿命模型。结果 在激光冲击影响区域内形成了0.2 mm深度的高幅值残余压应力,并在1 mm深度范围内改善了应力场,且显微硬度得到了提升,内部缺陷数量减少了36%,疲劳寿命提升了40%以上。结论 实现了SLM增材制造TC4钛合金的缺陷在线闭合、微观组织改性和疲劳寿命的提升,揭示了层间激光冲击对内部缺陷的闭合机理,为金属SLM复合增材制造的研究与应用奠定了理论基础。     

TC4钛合金线性摩擦焊接头的组织与硬度分析

采用线性摩擦焊焊接TC4钛合金,对焊态下接头的显微组织及硬度进行了分析与测试。结果表明：焊接接头可分为母材区、热机影响区和焊核区。热机影响区组织由母材至焊核区依次为等轴α相和层片状（α＋β）相沿受力方向被拉长组织、纤维状组织中伴有等轴状α和层片状（α＋β）再结晶晶粒、针状α’和少量的α再结晶组织。焊核区组织为针状α’,而且纵向由中心至边缘组织逐渐粗大。垂直于焊缝方向由母材过渡到焊缝中心硬度逐渐由360HV增大到390HV左右,焊核区纵向硬度由中心向边缘逐渐减小到330HV左右。