【摘要】：Ti-24Al-15Nb(at.%)合金具有高比強度以及較好的抗氧化、抗蠕變等性能特點,使其成為新型航空發(fā)動機的首選材料之一,在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨之而來的Ti-24Al-15Nb合金的焊(連)接成為亟待解決的問題。激光焊接具有能量密度高、熱輸入小、靈活性好等優(yōu)點。因此,開展Ti-24Al-15Nb合金激光焊接頭微觀組織及力學(xué)性能的研究,具有重要的理論意義和實用價值。本文采用脈沖激光焊接技術(shù)對Ti-24Al-15Nb合金進行焊接,主要研究了激光焊接頭的組織及性能特點,以及Nb填充金屬、焊接工藝參數(shù)和焊后熱處理對接頭微觀組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,焊態(tài)下激光焊接頭的焊縫金屬具有聯(lián)生結(jié)晶的特征,柱狀晶垂直于熔合線生長,由于成分過冷度變大,在焊縫中部形成等軸晶。Al元素具有較高的蒸氣壓、較低的沸點,隨著激光功率的增大,Al元素發(fā)生氣化,在焊縫中易產(chǎn)生氣孔。采用X射線衍射和透射電鏡分析技術(shù)研究焊縫的相組成。結(jié)果表明,當(dāng)激光功率較小時,焊縫是由單一的B2相構(gòu)成,而激光功率較大時,焊縫主要由B2相和針狀的α,_2馬氏體組成。根據(jù)熱影響區(qū)生成相的種類的差異,可將熱影響區(qū)分為兩個區(qū):HAZ1(α_2+B2)和HAZ2(α_2+O+B2)。焊縫區(qū)的顯微硬度最大,熱影響區(qū)次之,母材最小。在拉伸應(yīng)力的作用下,接頭的斷裂均發(fā)生在焊縫區(qū),力學(xué)性能較差,抗拉強度和延伸率分別為330MPa和1.9%。Nb填充金屬對焊縫金屬的微觀組織及力學(xué)性能具有明顯的影響。研究表明焊縫主要由(Nb,Ti)固溶體、B2相和O相組成。與不加填充金屬的焊縫相比,由于焊縫中沒有生成硬脆的針狀α,_2馬氏體,焊縫的顯微硬度明顯降低。焊接接頭的抗拉強度和延伸率明顯提高,分別達到724MPa和5.1%。與不加填充金屬的接頭相比,分別增加了119.4%和168.4%。這主要歸因于O相析出產(chǎn)生的強化作用,以及O相和B2相之間的變形協(xié)調(diào)性。同時,Nb元素還抑制了焊縫中硬脆的針狀α,_2馬氏體以及氣孔的形成,也有助于改善焊接接頭的力學(xué)性能。采用正交試驗方法研究焊接工藝參數(shù)對焊接接頭力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,激光焊接工藝參數(shù)對焊接接頭抗拉強度、延伸率影響的主次順序依次為:脈沖頻率、脈沖電流、焊接速度、脈沖寬度。在試驗參數(shù)范圍內(nèi),優(yōu)化的焊接工藝參數(shù)為:脈沖電流68A、焊接速度200mm/min、脈沖頻率6HZ、脈沖寬度8ms。在優(yōu)化焊接參數(shù)條件下,激光焊接頭的抗拉強度和延伸率分別達到520MPa、4.57%,接頭的力學(xué)性能得到明顯改善。焊后熱處理對焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能產(chǎn)生了明顯的影響。焊縫均由O+B2相組成,隨著焊后熱處理溫度從850℃升高到1000℃,O相析出的量逐漸減少,尺寸逐漸增大。焊后熱處理溫度為950℃時,隨著保溫時間的增加,O相的數(shù)量逐漸增多,尺寸逐漸增大。在焊后熱處理的作用下,熱影響區(qū)中有一些細(xì)針狀的O相從B2相基體中析出,α_2相逐漸分解。由于O相析出的硬化作用,使焊接接頭的顯微硬度提高。焊后熱處理也明顯改善了焊接接頭的拉伸性能。當(dāng)焊后熱處理溫度為950℃、保溫1h時,焊接接頭的抗拉強度、延伸率分別為625MPa、5.8%。結(jié)果表明,只有當(dāng)O相和B2相的數(shù)量和尺寸具有合適的配比時,焊接接頭才能獲得優(yōu)異的力學(xué)性能�；诒疚牡难芯拷Y(jié)果,Nb填充金屬、優(yōu)化焊接工藝參數(shù)、焊后熱處理均可以改善Ti-24Al-15Nb合金激光焊接頭的微觀組織和力學(xué)性能,其中加Nb填充金屬更有利于改善接頭的力學(xué)性能。
【圖文】：

圖 1.1 在不同熱處理溫度下的 Ti-22Al-27Nb 合金相比例和相成分（a）合金的相比例；（b）α2相成分；（c）O 相成分；（d）B2 相成分Fig. 1.1 Comparisonand phase compositionofTi-22Al-27Nballoyatdifferentheattreatmenttemperatures(a)the proportionofphases;(b)the compositionof α2phase;

圖 1.2 Ti-22Al-25Nb 合金的TTT 曲線Fig.1.2 TTT curve ofTi-22Al-25Nballoy美國的 Cowen 等人[57]研究了 O 相合金的顯微組織轉(zhuǎn)變過程。研究2AlNb 基合金中的 B2 相相變溫度隨著合金中 Nb 含量的減少略微升
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V263

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本文編號：2711751