采用慣性摩擦焊方法對TC17和Ti600鈦合金進行了連接,著重分析接頭焊態(tài)和熱處理條件下的組織特征與力學(xué)性能。接頭焊態(tài)TC17一側(cè):在熱力影響區(qū)原始β晶粒發(fā)生破碎,晶界以及晶內(nèi)α相扭曲變形;在再結(jié)晶區(qū)β晶粒發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶形成細(xì)小的等軸晶粒,晶內(nèi)為亞穩(wěn)態(tài)的β相;接頭Ti600一側(cè):在熱力影響區(qū)片層組織隨著金屬流動發(fā)生變形;在再結(jié)晶區(qū),α片層團簇發(fā)生再結(jié)晶形成大量細(xì)小的α片層團簇片層。經(jīng)過熱處理后,TC17鈦合金一側(cè)亞穩(wěn)態(tài)β相析出細(xì)小的層片狀α相,Ti600鈦合金一側(cè)層狀α相長大,但是不明顯。熱處理使接頭的顯微硬度升高,TC17鈦合金焊縫一側(cè)顯微硬度增加明顯。接頭抗拉強度與Ti600母材相當(dāng),斷裂發(fā)生在Ti600鈦合金一側(cè),斷口為典型的杯錐狀斷口。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2017,53(22)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

母材顯微組織

?卻??時間3h，冷卻方式為爐冷。焊縫顯微組織在北京航空制造工程研究所Zeiss場發(fā)射掃描電子顯微鏡上觀察。用于顯微硬度測量的試樣，經(jīng)過鑲嵌、磨光、拋光和腐蝕等工序。顯微硬度在HXD-1000顯微硬度儀上完成，分別測試焊態(tài)及焊后熱處理接頭的顯微硬度，載荷1.96N，時間15s。按距離焊縫中心的遠(yuǎn)近在接頭的TC17母材，TC17熱影響區(qū)，TC17再結(jié)晶區(qū)，熔合區(qū)，Ti600再結(jié)晶區(qū)，Ti600熱影響區(qū)，Ti600母材選擇硬度點，每個區(qū)域至少選擇5個點測試顯微硬度，點與點的間距大于0.2mm。拉伸試樣按HB5143-96標(biāo)準(zhǔn)制備，試樣尺寸如圖2所示，測試接頭室溫拉伸和高溫400℃拉伸性能，焊縫中心線位于拉伸試樣中心，每組焊接試件各取3個。圖2拉伸試樣尺寸2試驗結(jié)果慣性摩擦焊金屬飛邊主要在穩(wěn)定摩擦階段擠出形成的。焊接擠出的飛邊是分開的，朝兩側(cè)卷曲如圖3a所示，Ti600擠出的金屬要比TC17一側(cè)多。對Ti600/TC17慣性摩擦焊接頭區(qū)域進行了劃分，自左到右分別為：Ti600母材區(qū)(Basemental，BM)、Ti600熱力影響區(qū)(Thermo-mechanicalaffectzone,TMAZ)、Ti600再結(jié)晶區(qū)(Recrystallzationzone，RZ)、連接界面(Interface，IF)，TC17再結(jié)晶區(qū)、TC17熱力影響區(qū)、TC17母材區(qū)如圖3b所示。2.1Ti600/TC17鈦合金慣性摩擦焊接頭組織特征Ti600/TC17鈦合金慣性摩擦焊接頭焊縫的寬度約為3mm，Ti600和TC17鈦合金焊接過程中金屬流動呈相反方向。在慣性摩擦焊接過程中，通過試樣高速旋轉(zhuǎn)在接觸面產(chǎn)生熱量，并向兩側(cè)金屬傳遞，在試樣上形成溫度梯度，焊接界面處的溫度較高，母材一側(cè)溫度較低，由于產(chǎn)熱集中在界面處，并且能量密度較高，形成的溫度梯度較大，導(dǎo)致焊縫結(jié)合面到母材的顯微組織變化明顯。TC17鈦合金一側(cè)從母材至焊縫結(jié)合面：靠近母材處，β晶粒沿金屬

如圖4a和4b所示。在Ti600鈦合金一側(cè)從母材至焊縫結(jié)合面：Ti600鈦合金原始組織由初生α相和少量分布在α相間的β相組成，相界清晰。在焊接過程中，片層組織沿著金屬流動的方向被拉長，如圖4c所示，隨著向結(jié)合面的靠近變形的片層組織的長寬比增加，但α相的數(shù)量減少，β相和α2相增加，并且也沿著金屬流動的方向呈細(xì)流線狀，在靠近結(jié)合面處，Ti600鈦合金的組織全部為β相和α2相，并且形成大量的尺寸約為20μm的細(xì)小晶粒。在結(jié)合面處，存在許多細(xì)小的晶粒以及大量的針狀組織，針狀組織垂直于結(jié)合界面生長。圖3Ti600/TC17慣性摩擦焊接頭經(jīng)650℃熱處理后，在TC17鈦合金一側(cè)，熱力影響區(qū)內(nèi)亞穩(wěn)態(tài)的β相分解形成大量的α相，殘余α2相也分解為α相，向結(jié)合面靠近，分解形成的α相適量增多，如圖5a和5b所所示，β晶粒內(nèi)也形成大量細(xì)小的α相。在Ti600鈦合金一側(cè)，在熱力影響區(qū)，如圖5c所示，α相長大，并且在α相相界間生成彌散分布的析出物。在靠近結(jié)合區(qū)域，亞穩(wěn)態(tài)β相和α2相分解形成穩(wěn)定的α相。在接觸面區(qū)域析出的針狀α相發(fā)生長大，但晶粒內(nèi)部組織不均勻，靠近TC17鈦合金一側(cè)尺寸較校圖4焊態(tài)Ti600/TC17鈦合金慣性摩擦焊接頭顯微組織2.2Ti600/TC17鈦合金慣性摩擦焊接頭力學(xué)性能與斷口形貌Ti600/TC17鈦合金慣性摩擦焊接頭顯微硬度分布曲線，如圖6所示。在焊態(tài)下，焊合區(qū)TC17鈦合金一側(cè)的硬度值比界面處和TC17鈦合金母材要低，呈U形，而Ti600鈦合金側(cè)顯微硬度值隨著向界面處靠近硬度值升高到界面處達到最大。在經(jīng)過熱處理后接頭的顯微硬度整體升高，TC17鈦合金一側(cè)的硬度值急劇明顯，顯著高于母材，Ti600鈦合金一側(cè)經(jīng)過熱處理后顯微硬度升高不明顯。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]先進材料在戰(zhàn)斗機發(fā)動機上的應(yīng)用與研究趨勢[J]. 梁春華,李曉欣.  航空材料學(xué)報. 2012(06)
[2]無螺栓高壓壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析[J]. 楊帆,趙普揚,葛長闖.  航空發(fā)動機. 2012(03)
[3]高推重比航空發(fā)動機用新型高溫鈦合金研究進展[J]. 黃旭,李臻熙,黃浩.  中國材料進展. 2011(06)
[4]關(guān)于鈦合金熱處理和析出相的討論[J]. 辛社偉,趙永慶.  金屬熱處理. 2006(09)
[5]Ti600合金的高溫本構(gòu)方程[J]. 戚運連,曾衛(wèi)東,趙永慶.  熱加工工藝(鑄鍛版). 2006(05)
[6]航空發(fā)動機用600℃高溫鈦合金的研究與發(fā)展[J]. 蔡建明,李臻熙,馬濟民,黃旭,曹春曉.  材料導(dǎo)報. 2005(01)
[7]整體壓氣機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 雷先華,江和甫,王旅生.  航空動力學(xué)報. 1997(01)
[8]Ti─17合金高溫變形機理研究[J]. 曾衛(wèi)東,胡鮮紅,俞漢清,周義剛.  材料工程. 1996(09)



本文編號：3563607