钛合金Ti6Al4V超声波焊接研究

结合超声波金属焊接方法的特性和钛合金的焊接性分析,得出超声波金属焊接方法极其适用于钛合金薄片的焊接;通过扫描电镜观察和撕裂试验,对Ti6Al4V钛合金在不同焊接工艺参数下的焊接接头的横断面形貌及其力学性能进行了分析.结果表明:随着焊接时间的增长(即焊接能量的增大)接头横断面的削减程度增大,焊接时间是焊件质量的决定性因素;在1144.53N的静压力下Ti6Al4V钛合金的最佳焊接时间为125ms,其界面结合强度最高.     

薄板Ti6Al4V钛合金电子束焊接组织性能分析

针对1.2mm厚Ti6A14V钛合金薄板进行了电子束焊接工艺试验,消除了薄板焊接常见的塌陷、熔切等缺陷,获得成形均匀和质量良好的焊缝;在光学显微镜和扫描电镜下观察了钛合金焊缝组织分布规律,焊缝区以马氏体为主,热影响区组织为α+β双态及少量马氏体;接头焊缝区显微硬度高,整体横向呈马鞍形分布.结果表明,薄板Ti6A14V钛合金电子束焊接接头拉伸强度与基材相当,但断后伸长率低于母材.     

硬质合金刀具车削Ti6Al4V钛合金试验研究

文章采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了车削试验,通过对切削过程中刀具寿命、切削力、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具车削钛合金的切削性能,为钛合金车削试验提供了依据.     

多束流电子束薄板焊接应力变形数值模拟

为了减小薄板结构的焊接变形,基于电子束高频偏转扫描技术在焊缝两侧添加辅助扫描热源实现了多束流电子束焊接及焊前预热. 建立了矩形均匀加热辅助热源模型,采用热弹塑性有限元分析方法对1.5 mm厚304不锈钢薄板进行多束流电子束焊接数值模拟,并进行了试验验证. 结果表明,焊后残余应力和变形的实测结果与模拟结果吻合良好,多束流电子束焊接方法不仅可以改变熔池前方材料的受力状态,而且可以减小熔池形成瞬间熔池前方材料的压应力峰值,有利于减小熔池的前方压缩塑性应变,进而减小薄板结构的焊接变形.     

氟化物A-TIG焊接Ti6Al4V的电弧行为

试验选用MF型氟盐(LiF,NaF,KF)、MF2型氟盐(MgF2,CaF2,BaF2)和KN型钾盐(KF,KCl,KBr)对氟化物A-TIG焊接Ti6Al4V的电弧行为进行了研究. 结果表明,LiF和KBr活性剂不会影响A-TIG焊电弧行为;KF和CaF2活性剂会显著收缩电弧,增加电弧温度,但不会影响电弧力;MgF2活性剂能显著收缩电弧,增加电弧温度,并能增大电弧力;BaF2活性剂不会影响电弧形态,但能增加电弧温度,减小电弧力;NaF和KCl活性剂可以不同程度地收缩电弧,增加电弧温度,但不会影响电弧力. 此外,A-TIG焊接Ti6Al4V应优先选用氟化物作为活性剂,在MF型氟盐中应优先选用KF,在MF2型氟盐中应优先选用MgF2.     

不同热处理工艺对Ti6Al4V钛合金微观结构和力学性能影响

通过对Ti6Al4V钛合金进行不同工艺的热处理,分析了不同工艺处理后的显微组织,进行了拉伸试验、示波冲击试验测试。研究固溶时效处理对Ti6Al4V钛合金显微组织、力学性能和冲击韧性的影响。利用金相显微镜、环境扫描电镜（ESEM）进一步分析了钛合金的组织、冲击断口特征与力学性能间的关系。结果表明随固溶温度增加,钛合金屈服强度和抗拉强度得到显著提高,塑韧性先增加后降低。优化热处理工艺后,Ti6Al4V钛合金经960 ℃ WQ和500℃ × 4 h AC处理,获得优良综合性能,σ0.2为1050MPa,σb为1120 MPa,Ak为46.22 J。钛合金固溶时效后的组织由β基体和析出的α相组成,片层状β相和小针丛状α相组织提高合金综合性能。     

工艺参数对电子束选区熔化成形Ti6Al4V合金显微组织的影响

针对电子束选区熔化的特点,采用不同工艺参数成形了Ti6Al4V实体试样,并利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了气雾化Ti6Al4V粉末在电子束选区熔化成形中的微观组织特征以及不同体能量密度(P/v)对微观组织的影响。结果表明:电子束选区熔化Ti6Al4V合金内部组织为细针状马氏体、魏氏组织和网篮组织,细针马氏体区位于试样成形顶部;随着体能量密度的增加马氏体区高度由7~8个铺粉层厚增加到22~25个铺粉层厚,内部组织由细长片状魏氏组织变为魏氏组织和网篮组织组成的双态组织,片状α相的厚度也由1~2μm增加到2~4μm。     

热处理工艺对大直径深孔用斜轧穿孔Ti6Al4V钛合金管坯性能的影响

通过斜轧穿孔方式制备Ti6A14V钛合金管坯,通过不同的热处理工艺研究其性能变化情况.结果发现,采用斜轧穿孔制备的Ti6A14V钛合金管坯完全可以满足相关标准的要求.     

热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响

在873~1023 K保温10 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理。采用X射线衍射仪,辉光光谱分析仪和光学显微镜分析热氧化层的特征。借助MFT-R4000往复式摩擦磨损试验机研究热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响。结果表明:Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续;热氧化温度对氧化层的形成、表面硬度和耐磨性有显著影响;973 K获得的氧化层表面硬度最高,磨损失重最低,磨痕宽度最小,耐磨性能最好。     

Ti6Al4V钛合金的变形组织及织构

在温度850~930°C、应变速率0.01~1 s-1的条件下,对初始组织为等轴组织的Ti6Al4V钛合金进行变形程度为70%的热压缩变形实验,研究合金的变形组织及织构。结果表明,当温度低于900°C、应变速率高于0.1 s-1时,合金的组织主要是拉长的α晶粒;而在高于900°C以及低应变速率下,则会发生动态再结晶。电子背散射衍射（EBSD）结果显示,合金在再结晶过程中亚晶界吸收位错,最终形成大角晶界。在930°C时动态再结晶已基本完成,水冷至室温时形成针状α相。与原始组织相比,合金在930°C变形时织构得到增强,低于930°C变形时织构变弱。     

基于自洽模型的置氢Ti6Al4V合金流动应力预测

对不同置氢量Ti6Al4V合金在Gleeble-1500热模拟试验机上进行了等温压缩实验,实验温度为750、800、850、900、950和1000℃,应变速率为1 s^-1。结果表明,Ti6Al4V合金的流动应力随置氢量增加先减小后增大,变形温度为750、800和850℃时,置氢量0.31%(质量分数,下同)合金流动应力最低;变形温度为900、950、1000℃时,流动应力最小值对应的置氢量分别为0.17%、0.1%和未置氢。基于自洽模型建立了置氢Ti6Al4V合金高温变形本构模型,该模型通过调整氢对β相的强化作用和氢对β相转变温度的降低反映置氢对Ti6Al4V合金流动应力的影响。与实验结果对比表明,所建立的本构模型可以准确预测流动应力随置氢量和变形温度的变化。     

Ti6Al4V合金显微组织对超声声速的影响

通过对Ti6Al4V合金棒材在β相区、α+β两相区热处理后的显微组织观察和纵向超声声速值测量、分析,研究了合金显微组织对超声声速的影响。结果表明,Ti6Al4V合金在相变点以上加热,随着冷速的降低,次生α析出长大为粗大片层状,声速值也随之提高;在相变点以下加热,组织中的初生α相含量对超声声速值的影响不明显,次生相的形貌对超声波声速起决定作用,其中规则片层次生α 相的析出有利于超声声速值的提高。     

Performance of Ti6Al4V fabricated by electron beam and laser hybrid preheating and selective melting strategy

Electron beam selective melting (EBM) and selective laser melting (SLM) are regarded as significant manufacturing processes for near-net-shaped Ti6Al4V components. Generally, in the conventional EBM process, preheating is necessitated to avoid smoke caused by the charging of electrons. In the conventional SLM process, laser as an energy source without the risk of smoke can be employed to melt metal powder at low temperatures. However, because of the low absorption rate of laser, the powder bed temperature cannot reach a high level. It is difficult to obtain as-built TiAl4V with favorable comprehensive properties via conventional EBM or SLM. Hence, two types of electron beam and laser hybrid preheating (EB-LHP) combined with selective melting strategies are proposed. Using laser to preheat powder allows EBM to be performed at a low powder bed temperature (EBM-LT), whereas using an electron beam to preheat powder allows SLM to be performed at a high powder bed temperature (SLM-HT). Ti6Al4V samples are fabricated using two different manufacturing strategies (i.e., EBM-LT and SLM-HT) and two conventional processes, i.e., EBM at a high powder bed temperature (EBM-HT) and SLM at a low powder bed temperature (SLM-LT). The temperature-dependent surface quality, microstructure, density, and mechanical properties of the as-built Ti6Al4V samples are characterized and compared. Results show that EBM-LT Ti6Al4V exhibits a higher ultimate tensile strength (981±43 MPa) and a lower elongation (12.2%±2.3%) than EBM-HT Ti6Al4V owing to the presence of α' martensite. The SLM-HT Ti6Al4V possesses the highest ultimate tensile strength (1,059±62 MPa) and an elongation (14.8%±4.0%) comparable to that of the EBM-HT Ti6Al4V (16.6%±1.2%).     

Ti6Al4V合金表面热浸镀Ti-Al镀层相组成

采用热浸镀方法在Ti6Al4V合金表面制备Ti-Al镀层,并在1100 ℃高温下进行热扩散处理。结果表明,TC4合金热浸镀铝后在1100 ℃保温,形成了表面氧化层、过渡层及基体,表面氧化层和过渡层厚度随扩散时间延长而增加,表面氧化层主要由Al₂O₃和TiO₂构成,过渡层主要相为TiAl₃、Ti₂Al₅和Ti₁₉Al₆金属间化合物。     

温度对离子注入Ti6A14V表面改性影响

对Ti6Al4V 合金进行温度范围从100 ℃到600 ℃,注入剂量为:4×1017ions.cm-2氮离子等离子体源离子注入(N-PSII)。用俄歇电子能谱仪(AES)对注入样品进行元素深度分布剖面分析。用显微硬度及针盘磨损试验机测试表面改性的效果。利用X 射线衍射(XRD)分析表面改性层晶相的变化。用光学显微镜观察磨痕宽度。分析发现,当温度从 100 ℃升到600 ℃时,注入层厚度明显增加。其中,高温注入时获得较高的表面硬度和较好抗磨损性。XRD分析发现,随温度升高注入层表面形成TiN和Ti2N析出相。     

Ti6Al4V薄板脉冲激光拼焊焊缝成形及力学性能

为了改善钛合金薄板激光焊接过程中因工装误差或存在毛刺造成的焊穿、焊漏等缺陷,采用光纤激光器对1.2 mm厚的Ti6Al4V薄板进行脉冲激光焊接试验。分析脉冲频率、对接间隙及激光峰值功率3个工艺条件对焊缝成形的影响,针对外观成形较好的焊缝进行显微组织与力学性能测试,确定了适合Ti6Al4V薄板拼焊的最佳焊接工艺参数。结果表明,采用脉冲频率40 Hz,占空比60%,激光峰值功率2.0 kW,光斑直径0.7 mm,焊接速度1.8 m/min的脉冲激光焊接工艺可以获得质量优异的焊缝;焊缝由粗大的柱状β晶粒和针状α′相组成,热影响区形成了短针状α′相;随着峰值功率的增大,焊缝的显微硬度明显增大,抗拉强度逐渐减小。最优焊接工艺参数下的焊缝强度可以达到母材的98%,拉伸断口表面平整、规则,断面与拉伸轴线方向呈45°,断口含有大量韧窝。 创新点： (1)采用特定的脉冲波形配合大的光斑直径对Ti6Al4V薄板进行脉冲激光焊接试验,改善了焊缝成形质量。 (2)考虑了薄板对接时工装间隙的影响,并在试验前预留了间隙,探索出了Ti6Al4V薄板脉冲激光拼焊的最佳焊接工艺参数。     

真空退火对Ti6Al4V合金离子注氧层表面形貌和结构的影响

采用等离子体基氧离子注入技术对Ti6Al4V合金进行表面处理.注入电压选取- 50 kV,注入剂量为4.5×1017 ions/cm2.氧离子注入后对注入样品进行不同温度的真空退火处理.真空退火后,样品表面形貌发生显著变化.随着退火温度增加,先后出现点状、条状缺陷和浅白色块状区.500℃真空退火后样品表面粗糙度变化不大,600℃真空退火后样品表面粗糙度急剧增加.真空退火导致注氧层中氧流失,并且不能在注氧层中析出结晶相.     

Ti6Al4V线性摩擦焊数值模拟

针对线性摩擦焊基本理论和典型焊接过程,讨论了焊接过程中的摩擦产热机制;依照运动学原理推导了焊接过程的产热方程;采用热力耦合有限元方法建立了焊接过程不同阶段的二维弹塑性有限元计算模型,分别用于工件温度场、应力场及应变场的计算.利用有限元分析软件ANSYS网格重划功能处理了焊接过程中的几伺非线性、材料非线性问题,实现了线性摩擦焊金属排出过程的模拟.选取钛合金Ti6Al4V作为试验对象,初步讨论了线性摩擦焊金属排出物的宏观形态及其形成原因.