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性能。接頭焊態(tài)TC17一側:在熱力影響區(qū)原始β晶粒發(fā)生破碎,晶界以及晶內α相扭曲變形;在再結晶區(qū)β晶粒發(fā)生動態(tài)再結晶形成細小的等軸晶粒,晶內為亞穩(wěn)態(tài)的β相;接頭Ti600一側:在熱力影響區(qū)片層組織隨著金屬流動發(fā)生變形;在再結晶區(qū),α片層團簇發(fā)生再結晶形成大量細小的α片層團簇片層。經過熱處理后,TC17鈦合金一側亞穩(wěn)態(tài)β相析出細小的層片狀α相,Ti600鈦合金一側層狀α相長大,但是不明顯。熱處理使接頭的顯微硬度升高,TC17鈦合金焊縫一側顯微硬度增加明顯。接頭抗拉強度與Ti600母材相當,斷裂發(fā)生在Ti600鈦合金一側,斷口為典型的杯錐狀斷口。 

【文章來源】：機械工程學報. 2017,53(22)北大核心EICSCD

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【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近在接頭的TC17母材，TC17熱影響區(qū)，TC17再結晶區(qū)，熔合區(qū)，Ti600再結晶區(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標準制備，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，朝兩側卷曲如圖3a所示，Ti600擠出的金屬要比TC17一側多。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再結晶區(qū)(Recrystallzationzone，RZ)、連接界面(Interface，IF)，TC17再結晶區(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，通過試樣高速旋轉在接觸面產生熱量，并向兩側金屬傳遞，在試樣上形成溫度梯度，焊接界面處的溫度較高，母材一側溫度較低，由于產熱集中在界面處，并且能量密度較高，形成的溫度梯度較大，導致焊縫結合面到母材的顯微組織變化明顯。TC17鈦合金一側從母材至焊縫結合面：靠近母材處，β晶粒沿金屬

如圖4a和4b所示。在Ti600鈦合金一側從母材至焊縫結合面：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流線狀，在靠近結合面處，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的細小晶粒。在結合面處，存在許多細小的晶粒以及大量的針狀組織，針狀組織垂直于結合界面生長。圖3Ti600/TC17慣性摩擦焊接頭經650℃熱處理后，在TC17鈦合金一側，熱力影響區(qū)內亞穩(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晶粒內也形成大量細小的α相。在Ti600鈦合金一側，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，但晶粒內部組織不均勻，靠近TC17鈦合金一側尺寸較校圖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。在經過熱處理后接頭的顯微硬度整體升高，TC17鈦合金一側的硬度值急劇明顯，顯著高于母材，Ti600鈦合金一側經過熱處理后顯微硬度升高不明顯。

【參考文獻】：
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