TC4钛合金电子束焊接头微观组织结构和演变分析

利用OM、SEM、EDS和EBSD方法对TC4合金电子束焊接头的微观组织结构进行了分析。结果表明:电子束焊接后,接头微观组织结构发生显著改变。焊缝区为内含针状马氏体α’组织的粗大柱状晶,部分取向差集中于62.5°附近,表明较多α/α边界由同一β相晶粒产生。热影响区微观组织结构复杂,母材侧热影响区,经焊接热循环,原始择优取向特征消失,出现等轴特征,组织由原始α相、原始β相、块状α相和少量的针状马氏体α’组织组成,部分取向差集中于40.0°附近,表明较多的α相在不同的β相晶粒中产生。焊缝侧热影响区,因热循环峰值温度超过β相转变温度,且冷却速度较快,产生大量的针状马氏体α’组织以及少量块状α组织,部分取向差集中于62.5°附近,表明较多α/α边界由同一β相晶粒产生。     

ZTC4合金电子束焊接接头显微组织及力学性能研究

以ZTC4钛合金电子束焊接接头为研究对象,通过显微硬度试验、金相分析以及常规力学性能试验,讨论了电子束焊接接头不同位置的组织、形态差异,探究显微组织与接头显微硬度的相关性,以及电子束焊接接头的拉伸性能和冲击性能。通过组织分析及显微硬度测试发现,ZTC4合金电子束焊缝微观组织由原始β相转变为针状α'相,即针状马氏体,其热影响区组织为片状α相与原始β相的混合物,且焊缝处显微硬度最高,热影响区其次,母材最低。通过力学性能测试发现,电子束焊接接头的拉伸和冲击性能与母材相当,说明采用电子束焊接ZTC4可以得到力学性能良好的焊接接头。     

GH536镍基高温合金焊接组织演变

使用体视显微镜、光学显微镜、扫描电镜及其能谱仪对GH536焊接接头组织进行分析,结果表明:固溶态GH536由γ基体、大量M6C及少量M23C6组成;焊后,大量M6C在晶内弥散析出,在晶界和孪晶界上不连续析出,原有的碳化物长大。热影响区分为三个区域:靠近母材处,存在粗大"岛链状"碳化物;中部,部分碳化物重新固溶入基体,存在"网链状"碳化物;靠近熔合线,存在碳化物贫化区。焊缝处碳化物在晶界和枝晶间析出,从边缘到中心逐渐凝固:初始阶段,组织为非外延式生长的胞状晶,生长方向垂直于熔合线;中间阶段,组织转变为柱状树枝晶,且越靠近焊缝中心,晶粒尺寸越大;中心为粗大的等轴状树枝晶。焊接过程中,焊缝金属中各元素未损失。     

GH3536电子束焊接残余应力分布分析

采用应力释放法测量了10mm厚GH3536高温合金电子束焊接纵向残余应力分布.结果表明:高温合金电子束焊接残余应力分布范围较小,约为焊缝宽度的4-7倍.残余应力的最大值可达到材料的屈服极限.研究成果为优化电子束焊接工艺和应力与变形分析提供了理论依据和指导.     

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。     

刷式密封结构GH4169+Haynes214电子束焊接组织及密封性能研究

为了发展航空用先进的柔性密封技术,采用电子束焊接对GH4169+Haynes214刷丝进行了刷式密封结构的研制,研究了不同的焊接工艺对焊缝成形规律的影响,焊接接头的组织特征、显微硬度及密封性能。结果表明,采用电子束焊接技术能够获得成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头。焊缝组织为横向短枝晶、长主轴的树枝状晶,主要是由γ相、γ’相及γ’’相（Ni3Nb）构成,在横向枝晶间形成共晶组织（γ+Laves）。熔合线区的碳化物在热循环下发生了长大,在晶界上团聚。焊接接头的显微硬度呈近似对称分布,焊缝区域的平均硬度约435HV,小于GH4169母材（约540HV）,由于焊缝区域主要为Haynes214,其Ni和Al的含量高,在焊缝凝固时Haynes214与GH4169的合金元素发生了混合,凝固后的焊缝组织差异引起显微硬度变化。刷式密封结构常温（20℃）和高温（403℃）的泄漏率均小于20 g/s。常温（20℃）下泄漏系数稳定在0.006附近,小于预期泄漏系数0.007,当加温到403℃条件时,随着压力升高泄漏系数逐渐升高,最终稳定在0.004左右,表明刷式密封结构具有优越的密封性能,可在航空航天发动机上...     

低膨胀高温合金焊缝金属凝固行为的模拟预测

为研究低膨胀高温合金的焊缝结晶裂纹倾向,利用改进的M F模型进行焊接凝固过程溶质再分布的模拟。自行编制了QBasic程序,利用该程序计算了三种低膨胀高温合金焊缝的凝固反应顺序和形成共晶组分的种类与数量。结果表明,GH903和GH907合金在初始凝固后首先发生L→(γ NbC)共晶反应,然后以次共晶反应L→(γ Laves)结束凝固,最终凝固组分由γ/NbC和γ/Laves两类共晶组分构成。而GH909合金在初始凝固后只发生L→(γ Laves)反应,且最终γ/Laves共晶生成量大,因此结晶裂纹敏感性高于GH903和GH907合金。改变碳含量能够影响GH909合金的凝固路径,但是仅靠提高碳含量改善焊接性的作用有限。     

Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金激光焊接组织性能研究

研究激光焊接对2.5mm厚Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金焊接接头组织和力学性能的影响。结果表明,激光焊接可得到表面成型良好、内部无气孔裂纹的接头。Ti-22Al-27Nb侧热影响区O相和α_2相逐渐转变为B2相。TC4侧热影响区由α'马氏体和初始α相构成。焊缝区由B2相和α'马氏体构成。Ti-22Al-27Nb/TC4异种合金激光焊接接头平均拉伸强度为1043MPa,接近Ti-22A1-27Nb母材的强度。焊接接头平均延伸率为5.65%,为Ti-22Al-27Nb母材的49%。拉伸断裂位置均位于焊缝区域,断口形貌为韧窝花样。     

基于热力学计算对GH4169合金的成分设计

利用Thermo-calc热力学计算软件和相应的镍基高温合金数据库,预测了GH4169合金在凝固过程中合金元素在液相中再分配的规律,结果表明,Nb元素在凝固过程中偏析最为严重,Mo,Cr等元素也存在一定程度的偏析。综合分析了主要合金元素对GH4169合金的两相区温度差以及平衡析出相的析出规律,尤其是对强化相γ'以及"黑斑"中的主要组成相δ相析出规律的影响。结果表明,合理调整GH4169合金中的主要合金元素的含量后,可以缩短合金两相区温度差,促进强化相γ'相的析出,同时抑制δ相的析出,从而得到偏析少、性能稳定的GH4169合金。     

1100℃时效对DM02合金显微组织的影响

研究了1100℃时效对一种新型等温锻造用模具合金DM02的显微组织的影响.将合金在1100℃分别时效100h,200h和500h.使用X射线衍射仪和扫描电镜分析了时效时间对合金相组成及显微组织的影响,采用透射电镜确定析出相类型.研究结果表明,时效过程中合金发生碳化物反应析出M6C相,随时效时间的延长,M6C相数量增多,γ′粗化.枝晶间析出M6C相主要呈针状、块状,枝晶杆M6C相析出量少,主要呈针状.     

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。     

镍基高温合金电子束焊缝形貌预测模型及其验证

针对深熔电子束焊特有的钉形焊缝形貌特征,在综合考虑了熔池和匙孔中能量吸收与再分布效应的基础上,建立了高斯面热源和圆柱体热源组合的移动热输入数值模型。进而利用ANSYS通用有限元软件,对镍基高温合金GH4133电子束焊的完全穿透和部分穿透焊接温度场进行了三维数值模拟,分析中考虑了辐射换热和温度相关材料性能的影响。两种情况下的预测结果与实际接头的焊缝金相轮廓吻合良好,证明了组合热源模型的有效性,为进一步开展热-力-组织多场耦合的准确分析提供了可靠的保证。     

GH3044线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

进行了固溶强化型镍基高温合金GH3044线性摩擦焊接试验,光镜与扫描电镜组织观察、EDS成分分析及拉伸测试表明,接头中焊缝与热力影响区晶粒明显细化,碳化物分布发生改变使焊缝与热力影响区均可见明显流线,但未对接头拉伸强度造成影响,接头拉伸强度与母材相当。EBSD分析表明,接头主要发生了不连续动态再结晶,并伴随部分连续动态再结晶及静态再结晶,使焊缝与热力影响区中小角度晶界比例大幅增高,孪晶界大幅减少。热力影响区中小角度晶界比例更高,是因为该区形成较强织构而焊缝区再结晶更为充分。     

TA15钛合金电子束焊缝形貌及其组织研究

采用不同工艺参数对TA15钛合金进行电子束焊接,通过观察焊缝形貌、测量其形状参数研究了焊接接头形貌的变化规律,并分析了焊接接头组织。结果表明:增大电子束流时,熔深、半熔深熔宽、焊缝宽度都增大,焊缝横截面的形状从"钉形"转变为"钟罩形";增大焊接速度,对焊缝形状影响不大,熔深、半熔深熔宽及焊缝宽度均减小,深宽比先增大后减小;聚焦电流的增大对熔深作用较明显,半熔深熔宽及焊缝宽度变化不大;扫描幅值的增加使焊缝熔深减小,半熔深熔宽增大。靠近母材的热影响区组织与母材组织相近,主要由初生等轴状α相及转变β相组成,并出现针状(α+β);靠近熔合线的组织由α相和针状(α+β)相构成,并出现α'马氏体;熔合区组织由α'组成,熔合线周围柱状晶垂直于焊缝中心生长,并在焊缝中心形成单列或多列的等轴状晶。     

固溶处理GH4169合金的高温变形行为

对GH4169合金进行了固溶温度为1233,1253,1273,1293K,保温时间为30～60min的固溶处理试验,得到了GH4169合金中δ相形貌由针状向短棒状和颗粒状转变,数量逐渐减少直至消失的演变规律。将固溶处理后的GH4169合金通过热模拟压缩实验,研究变形工艺参数和固溶处理对GH4169合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为1123～1288K,应变速率为0.1～10.0s-1,变形程度为60%。结果表明:流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大,δ相不仅使流动应力降低,而且对动态再结晶过程产生强烈的促进作用;利用多元回归分析方法建立的流动应力模型的计算值与实验值的误差小于10%,较好地描述了固溶处理GH4169合金在高温变形过程中的塑性流动行为。     

热等静压对激光选区熔化成形GH4169合金组织与高温性能的影响

GH4169合金通常于高温环境下服役,增材制造的GH4169合金高温性能往往低于锻件标准,影响其服役安全性,有必要通过热处理手段提高其安全性。采用激光选区熔化技术（SLM）制备GH4169合金,利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）等表征手段,探究热等静压热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织、高温拉伸性能和高温持久性能的影响。结果表明：与常规热处理工艺相比,经过热等静压处理后的GH4169合金晶粒为等轴晶,气孔基本消失,Laves相基本消失,短棒状δ相在晶界处更加连续,颗粒状γ’’相在晶粒内部大量析出,晶粒得到明显细化。热等静压处理后GH4169合金在扫描方向与沉积方向上的650℃抗拉强度分别为1053 MPa和1051 MPa,断后伸长率分别为8.6%和8.5%;高温持久时间分别为1620 min和2065 min,高温持久时间分别提升了90倍和30倍。高温抗拉强度和高温持久时间均高于锻件的性能指标,断后伸长率尚未超过锻件标准。     

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.     

不同时效处理对GH4169合金组织性能的影响

为了解GH907合金时效制度对GH4169合金组织和性能的影响,对分别进行GH907和GH4169两种时效处理后的GH4169合金进行组织、力学性能的对比分析与测试.结果表明,相对于GH4169时效处理,775℃时效处理使GH4169合金的(6)相的析出量有所增加,γ'、γ″相略有长大,但合金的晶粒度没有发生明显变化.经775℃时效GH4169的缺口持久性能基本不变,不存在缺口敏感,但其室温和650℃抗拉强度、屈服强度、光滑持久寿命以及硬度均有所降低.     

喷射成形GH742y合金的碳化物相

对喷射成形高温合金GH742y中碳化物相的类型、成分、数量、形貌、分布及稳定性进行了研究。结果表明:喷射成形高温合金GH742y的碳化物MC中M主要包括Nb和Ti元素,N能取代C的位置形成M(C,N)碳氮化物,呈多边形细小颗粒状弥散分布在晶界和晶内;碳氮化物具有高的热稳定性,经过高温固溶处理不发生分解,其数量、大小、形状没有发生明显变化;碳氮化物钉扎和拖拽晶界,引起晶界弯曲,限制晶界迁移,抑制了晶粒长大。     

AISI 304钢-铌异种金属激光焊温度场及残余应力研究

采用SYSWELD软件,对AISI 304钢–铌异种金属激光焊接过程进行动态模拟,在研究了AISI 304钢–铌异种金属激光焊接接头温度场的基础上,分析了焊后薄板的残余应力分布。结果表明:异种金属焊接温度场呈不对称分布,铌侧高温区域比不锈钢侧要宽;沿焊接方向上,无论是横向残余应力还是纵向残余应力,焊缝中部区域都存在最大残余拉应力;而垂直于焊缝方向上,横向残余应力和纵向残余应力在焊缝及焊缝附近区域应力梯度都比较大,分布形态都呈"M"状,纵向残余应力在焊缝区表现为残余拉应力,而横向残余应力在焊缝中心处出现了压应力。