TiAl/TC4异种材料真空电子束焊接头组织及性能

研究了TiAl基合金与TC4合金异种材料电子束焊接,从接头组织、工艺性能和非对中焊等方面进行分析,为实际应用提供了理论依据.     

基于Tanaka-Mura模型的电子束焊接头疲劳裂纹萌生模拟

为揭示高温合金电子束焊接头的疲劳特性,对其开展了疲劳裂纹萌生数值模拟研究。考虑焊缝区微观组织特性,对Voronoi图法进行改进,建立了焊缝区包含柱状晶、细等轴晶及粗等轴晶的混合晶区微观组织模型;对ABAQUS进行二次开发,考虑晶粒随机取向,生成晶粒多滑移带模型。基于Tanaka-Mura位错滑移模型,编写了疲劳裂纹萌生算法,考虑晶界处裂纹的连接与合并,对算法进行了改进,并结合有限元计算建立了电子束焊接头疲劳裂纹萌生数值模拟方法。基于上述方法对GH4169电子束焊接头不同载荷大小的疲劳裂纹萌生进行数值模拟,分析了裂纹萌生过程及萌生寿命,并与试验结果进行对比验证;还探讨了不同热影响区晶粒尺寸对焊接接头疲劳裂纹萌生的影响规律。结果表明,电子束焊接头疲劳裂纹均萌生于热影响区,但随着载荷水平的提高,萌生位置向熔合区一侧靠近;当热影响区晶粒尺寸与母材区晶粒尺寸越接近时,接头疲劳寿命越长。     

TC18电子束焊接头焊后热处理对组织与性能的影响

为提高TC18合金电子束焊接头的力学性能,测量焊态及4种焊后热处理的接头室温拉伸和冲击性能,并对不同热处理状态的显微组织和冲击断口进行光学和扫描电镜观察.研究表明,TC18电子束焊缝经不同热处理能够获得不同形态的晶内α.随晶内α片长径比的减小,塑性和冲击韧度提高,强度大致呈降低的趋势.TC18双重退火焊缝具有以粒状α为主,辅以适量片状α的β晶内结构,因而具有较好的强度、塑性和冲击韧度.     

TC17钛合金焊接接头组织与力学性能分析

对TC17钛合金薄板采用氩弧焊和电子束焊两种焊接方法焊接,进行了拉伸试验,结合拉伸试验结果与断口形貌,对比分析了力学性能与焊接接头组织之间的联系。研究结果表明,TC17钛合金在经历TIG焊接热循环后,焊缝及靠近焊缝的热影响区晶粒粗化,电子束焊接头热影响区较窄且没有粗晶区形成;两种焊接试样抗拉强度均与母材等强;相对延伸率有所降低,主要是热影响区及焊缝的组织变化所致;氩弧焊焊缝组织较不均匀性更为显著。     

电子束焊接Ti-45Al-1.7Cr-1.7Nb双相钛铝合金组织结构及其裂纹形成机制

研究了电子束焊接Ti-45Al-1.7Cr-1.7Nb双相钛铝合金的接头组织形态及裂纹形成机制.形成裂纹的主要原因是热致应力的产生;冷速过快导致α相分解受到抑制,α2与γ相间的热膨胀系数的差异,以及形成的层片状结构板束间距变化也对裂纹的产生有着重要影响.采用散焦预热、增大焊接线能量可有效防止焊接TiAl固相裂纹的产生.     

大厚度TC4-DT钛合金电子束焊接接头微观组织和力学性能研究

对60mm厚TC4-DT钛合金锻件进行电子束焊接。通过对焊接接头显微组织观察,拉伸、冲击、断裂韧性测试,研究了该合金电子束焊接接头的力学性能。结果表明:TC4-DT钛合金具有良好的焊接工艺性能。焊缝为α相网篮组织,该合金电子束焊接接头的拉伸强度与基材相当,但冲击韧性与锻件相比略低。同时,该合金焊接接头也具有良好的损伤容限性能,与锻件相比焊接接头的断裂韧性下降约20%。     

TC4钛合金超塑成形/扩散连接后电子束焊接技术

通过分析TC4钛合金超塑成形/扩散连接后的零件特征,设计了合理的电子束焊接试验方法,进行了电子束焊接接头的机械性能和微观组织试验分析,提出了解决焊缝中气孔缺陷的有效措施。     

钛合金薄板对接及锐角接电子束焊接

针对TC4钛合金薄板对接接头和TC1钛合金薄板锐角接头进行电子束焊接工艺研究,得到TC4及TC1钛合金薄板的电子束焊接工艺参数.通过常规力学性能测试和X射线检查,TC4钛合金对接焊缝的拉伸强度平均为1050MPa,达到了母材强度的95％以上.试验结果证明,上述工艺参数得到的焊缝,满足设计及相关文件的要求.     

TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的EB-PVD制备及组织性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的TiAl/NiCoCrAl层板复合材料,并对其物相组成、断口形貌和室温力学性能与TiAl单层材料进行了对比分析.结果表明,在TiAl/NiCoCrAl层板复合材料中,NiCoCrAl层主要由Ni3Al和NiCrCo组成,TiAl层由γ相、α2相和т相组成且未发现TiAl单层材料中看到的分层现象;TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强度和韧性都要高于TiAl单层材料,其断裂方式由沿晶脆性断裂转变为具有一定延性的穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂方式.TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强化机制主要为细晶弥散强化;该材料的韧化机制主要为裂纹的偏转、微桥接和弯曲增韧.     

TiAl 与TC4 扩散焊接接头的组织与性能

主要对TiAl基金属间化合物与TC4的扩散连接技术进行了研究。通过对钛铝基合金进行热处理,获得了高温性能良好的全片层组织;通过对扩散连接后的接头进行组织结构、力学性能和断口的分析发现,在915℃/80 MPa/1 h的扩散连接条件下,TiAl基合金与TC4实现了冶金结合,在室温、400和500℃下,接头的抗拉强度分别达到了TiAl母材的91.77%、95.27%和99.21%。     

TC4-DT材料高压电子束焊接框工艺研究

对TC4-DT材料高压电子束框工艺进行了研究。采用高压电子束焊接技术来实现复杂结构、大厚度难熔金属的热工艺成形,并对工艺、微观形貌、力学性能及微观组织进行系统性的分析。试验结果表明:电子束所形成的焊缝较为平整,成形较窄,拉伸、冲击强度较高,抗拉性能强于母材,但冲击韧性有所下降;焊缝接头网篮组织结构中,焊缝组织不见明显晶界,保证了焊缝组织的连续,且晶粒交错细化。     

电子束焊接线能量对Ti-24Al-15Nb-1Mo合金接头组织性能的影响

研究了电子束焊接不同线能量对合金接头组织、性能的影响机理,确定了具有比较满意的塑性和韧性的接头性能的电子束工艺参数选择窗口.结果表明,焊态下焊缝组织为残留β/B2相和包括次生α2相、O相以及ω相在内的β转变组织;焊接线能量增加,焊缝晶粒粗化, B2相的减少、初生α2的消失和ω相的产生以及β转变组织中次生的α2/O相集束增大并促进裂纹扩展是接头强度降低和脆变的主要原因.     

AZ31 Mg/5A05 Al脉冲冷弧MIG焊接头焊缝组织特性

采用SAl5183焊丝对AZ31 Mg/5A05 Al异质对接接头进行脉冲冷弧MIG焊接,采用扫描电子显微镜、X射线衍射及万能力学试验机等对接头微观组织及拉伸力学性能进行研究。结果表明,采用脉冲冷弧MIG焊可以实现AZ31Mg/5A05 Al异质接头的无裂纹焊接。镁侧焊缝由镁母材至焊缝中部依次形成了α–Mg胞状晶、α–Mg+Al₁₂Mg₁₇羽状共晶、Al₁₂Mg₁₇树枝晶、Al₁₂Mg₁₇+Al₃Mg₂共析组织、颗粒状α–Al+Al₃Mg₂共晶和岛状α–Al+晶间Al₃Mg₂共晶等复杂结构;中部焊缝及铝侧焊缝主要为α–Al固溶体。焊缝的显微硬度分布不均匀,其中镁侧焊缝存在Mg–Al金属间化合物,显微硬度较高。在拉伸测试中,接头断裂于镁侧焊缝中,呈脆性断裂,最高抗拉强度可达93 MPa。     

TC11电子束焊接接头组织分析

以20mm厚TC11电子束焊接试样为研究对象,进行金相分析和显微硬度测试。对20mm板厚TC11钛合金电子束焊接接头组织及显微硬度进行了分析研究。比较分析了接头的焊缝、热影响区及各过渡界面的组织状态,并对不同组织的形成机理进行了阐释。     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。     

铝钛异种合金电子束焊接接头组织与界面分析

采用真空电子束技术获得了7075铝合金和TC4钛合金异种接头。分别通过金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪等检测仪器观察了焊接接头的宏观形貌、微观组织特征和元素分布情况,同时分析了过渡层中金属间化合物的形成过程及其影响因素。试验结果表明:熔合区铝合金侧微观组织以柱状晶、等轴晶组织为主,还有少量的细晶组织,钛合金侧会析出呈针状或片层状的α相和α'相。由于Ti Al3的自由能最小,在铝焊缝和钛焊缝的界面生成的金属间化合物主要成分为TiAl3,元素扩散不充分导致少量的Ti Al、TiAl2等中间相生成,且随着热输入量的增加,金属间化合物层逐渐变厚,但化合物种类不变。试验结果为铝钛异种合金焊接界面研究提供了借鉴参考。     

NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接头裂纹研究

NiTiNb/TC4异种材料激光焊时,焊接接头的裂纹敏感性很强,在较小激光功率时,焊缝就出现了裂纹,通过改变激光功率无法消除接头裂纹。通过填加Ti丝来调节接头中Ti的含量来减小Ti2Ni的生成,从而控制接头裂纹的生成。研究表明,当加入Ti丝后,在不同激光功率下,接头成形良好,焊缝中存在微细裂纹;在NiTiNb侧存在宽10μm的Ti2Ni过渡区,TC4侧结合良好;当激光频率为3Hz、激光脉宽为4.5ms、激光平均功率为13.6W时,接头最大抗拉强度达447MPa。     

Ni作中间层的QCr0.8与1Cr21Ni5Ti电子束焊接

针对QCr0.8与1Cr21Ni.5Ti异种合金进行了电子束焊接技术研究.与无中间过渡层形成的焊缝相比,以Ni作为中间过渡层的QCr0.8/1Cr21 Ni5Ti的电子束焊接接头,焊缝区形成了组织、成分梯度变化的过渡区,为提高QCr0.8/1Cr21Ni5Ti电子束焊接接头的力学性能提供了良好的组织保证.     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织与性能

针对航空发动机钛合金整体叶盘的典型材料TC11和TC17开展对异种钛合金线性摩擦焊的研究,其中包括飞边形貌、接头组织及拉伸性能等.研究结果表明:TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊沿振动方向的飞边较长;焊接接头明显分为3个区域:母材、热机械影响区和焊缝区,其中TC11母材为双态组织、TC17母材为网篮组织、热机械影响区的组织沿着受力方向被拉长,焊缝发生了动态再结晶,组织为等轴晶.拉伸测试结果表明:接头的抗拉强度及屈服强度能达到与TC11等强,拉伸试样均断在TC11母材一侧,随着测试温度提高,强度呈线性下降趋势;而断面收缩率均超过TC17母材,随着测试温度提高,变化不明显.     

2219 T852过渡环与T87箱筒段电子束焊接接头性能

基于贮箱用2219 T852整体过渡环与T87箱筒段的电子束环焊缝,开展了部段级电子束焊接接头常、低温力学性能测试,同时对焊接接头错缝量、断裂类型及金相组织进行了分析。研究结果表明:部段级常、低温2219 T852与T87电子束焊接接头的强度影响系数为0.63,低温状态下焊接接头的力学性能比室温状态下有所提高;错缝量与焊接接头力学性能成反比,其中对延伸率影响最为显著,低温有助于缓解错缝对焊接接头力学性能的弱化影响;电子束焊接接头组织不均匀性和结构形貌上的不连续性,特别是T852侧热影响区晶粒粗大,导致T852侧热影响区和焊缝接头根部为电子束焊缝的薄弱区域,焊接接头极易在该区域发生断裂。