钛合金金相学 Zr钛合金电子束焊接接头组织与性能

第 47 卷第 12 期，冰雹焊梭 V01.47No.十二月 neDec. 2017本文参考引用格式：雷晓伟。铸造 Ti-A1-Mo-Zr 钛合金电子束焊接接头的组织与性能电焊机, 2017, 47(12): 24-27 邝锇, Roar, 荀雷晓伟 (中国船舶工业集团公司第725研究所.河南洛阳) 摘要：电子束焊接方法是选用14mm厚的铸态Ti-Al-Mo-zr钛合金，在合适的工艺参数下焊接得到无内部缺陷的成型良好的焊接接头，对焊接接头的显微组织、显微硬度和显微硬度进行室内测试分析力学性能，结果表明焊缝主要由B相基体和粗大的针状单相组成，热影响区通过焊接热循环部分转变为网状层状结构？焊缝略高于母材，接头整体硬度分布均匀，无明显弱化区；接头焊缝抗拉强度优于母材金属，焊缝冲击值A.达到75J/cm2，热影响区冲击值73J/cm2，Ti-A1 A Mo-Zr钛合金电子束焊接接头具有良好的冲击韧性。关键词：电子束焊接；铸造Ti—A1—Mo—Zr钛合金；联合结构；机械性能 货号：1001-2303 (2017)12-0024-04 DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2017.12.--AI-Mo-i(,,, China): TheTi — —A1——Mo-(EBW)...,.,...,.al.//cm2,Ti-Al-Mo-.:;Ti-A1-Mo-;;^-J■'-- -■---U刖wu真空电子束焊接能量密度高，焊缝熔深大，焊接环境纯净钛合金金相学 Zr钛合金电子束焊接接头组织与性能，焊缝质量好，具有其他焊接方法无法比拟的优势地位。

然而，目前关于铸造钛合金电子束焊接接头的研究论文日期：2017-04-ol 作者简介：雷晓伟（1989一)，男，硕士，工程师，主要从事先进焊接设备及工艺研究. E-mail:@. · 24'g姚中南溺标如露. 文章少1个，主要集中在铸造ZTC4钛合金，其中张庆云等[3选用电子束焊接技术实现了大厚度钛合金ZTC4的可靠连接，并研究了接头的组织和性能。陈新民等14]研究了薄板ZTC4与锻造TC4合金的电子束焊接问题，结果表明，异种态电子束TC4焊接接头的综合性能良好，可以满足工程要求，但尚未有关于铸造Ti-A1-Mo-Zr钛合金焊接研究的报道。在这里，埃尔14mm厚的铸造Ti-A1-Mo-10000平方米数据采用电子束焊接技术。关注雷晓伟：铸造Ti-A1-Mo-Zr钛合金电子束焊接接头的组织与性能第12期：zr钛合金电子束焊接研究铸造Ti-A1-Mo的接头组织与性能-Zr钛合金性能，为铸造钛合金电子束焊接技术在未来工程中的应用提供实验依据。 1 电子束焊接工艺试验选用14mm厚钛合金Ti_Al-Mo-Zr铸态试板进行电子束焊接试验，试板采用铸件铸造，经过成型、尺寸、热等静压工艺，内部质量满足符合GB/T5677-85 I级射线检测要求。

试验在中国船舶工业集团公司第725研究所电子束焊机上进行。该设备加速电压150kV，最大焊束电流400mA，功率60kW，真空室容积61In3。采用电子束平焊方法，通过调整电子束焊接工艺有效保证接头的背面成形，结合散焦和改质盖面得到良好的正面成形。工艺参数见表1。焊后对焊接接头进行100%X射线检测，结果表明接头处无裂纹、气孔、未熔合等缺陷，符合NB/I 《47013.2-2015（压力设备无损检测第2部分：无线电检测》表1电子束焊接工艺参数焊接改型焊枷2450圆0.52.0502（）0射线检测一级合格标准。2试验方法抽样焊接试件，对接头进行打磨抛光，然后蚀刻 电子束焊接接头用5mLHF++的蚀刻剂进行金相腐蚀，用Zlm金相显微镜在低倍和高倍下观察电子束焊接接头的显微组织；维氏《材料硬度试验第1部分：试验方法》标准，显微硬度采用VMH-104显微硬度计测试，测量载荷为100g，载荷时间为1 5S，测试点间距0.3mm。

力学性能试验按照《GB厂Ⅰ'2653-2008焊接接头拉伸试验方法》和（GB/T2650-2008焊接接头冲击试验方法）焊接接头拉伸和冲击试验进行。以上试验条件 温度为 25 ℃ 3 试验结果与分析 3.1 焊接接头组织 Ti-Al-Mo-Zr 钛合金电子束焊接接头的截面形貌如图 1 所示，焊接区为典型的粗柱状晶组织，柱状晶在温度梯度的影响下有明显的取向，焊缝宽度约3mm，热影响区宽度约1am。接头上部，改性焊道中焊缝组织的晶粒较粗大，晶粒取向也与温度梯度的方向有关。图 2 显示了接头不同位置的变化情况。图 2a 和 2b 分别是试件的母材组织和热影响区结构。母材由层状ot组织、晶界0[和晶间B组织组成，热影响区在焊接热循环作用下发生相变，仅形成部分残余组织。图1 电子束焊接Ti?的低倍显微组织接头（箭头表示显微硬度测试位置） 图-Al-Mo-() 和网状薄片的组成。

图 2c 到 2f 显示了接头不同位置的焊接结构。钛合金按B相稳定系数分类[51，Ti-Al-Mo-zr合金的酶约为0.19钛合金金相学，p稳定元素的含量相对较低，几乎只有钛合金。由于电子束焊接过程是超常热过程，因此焊接速度快，冷却速度快。在焊接过程中，焊缝组织的转变受冷却速度的影响。在熔池快速冷却过程中钛合金金相学，液相会首先凝固形成B相。 ，B相在连续冷却过程中转变为Ot相结构，可以看到大量小的初生相结构（见图2c），中间有粗大的针状d相析出晶粒（见图 2d）相互重叠 生长后仅形成锯齿状组织。此外，合金中含有B的同构元素钼，可有效降低酒曲料的淬火。在快速冷却后，该相可以保持在室温。 a 母材 b 热影响区 c 接头中间焊缝 d 接头中间焊缝 e 接头上焊缝 f 接头上焊缝 图 2 接头不同位置的金相组织 图 2e 和 2f 为焊缝的金相组织在接头的上部，类似于接头中间的焊缝。主要由B结构基体和唯一结构组成，但上焊缝中唯一部分的含量相对较多。主要原因是接头在上部电子束扫描改质焊接过程中，原有组织重熔，冷却速度较第一次焊接慢，析出大量粗大层状组织在接头上部的焊缝处。

3.2 焊接接头的显微硬度测量距接头上表面1mm处和接头中心处的显微硬度值（图1中的箭头）。从焊缝中心到母材上部和中间位置的显微硬度分布如图3，接头·26 所示。 g pen s lei color 普通话紫珠罗。展开：谢富#上部焊缝平均显微硬度295HV，热影响区平均273HV，接头中间焊缝平均显微硬度290HV，热影响区260HV，母材为262HV，焊缝中心硬度略高于母材。钛合金电子束焊接过程中的大梯度热效应容易导致焊接区域的组织和力学性能不均匀，但在该焊接工艺下得到的接头各区域显微硬度分布是均匀的，没有明显的弱化区域。 3.3 接头力学性能及分析 分别测试了电子束焊接接头和母材的力学性能。母材平均抗拉强度10000平方米，电子束焊接接头抗拉强度1000平方米数据集中在雷晓伟：铸造Ti—Al—Mo—zr钛合金电子束焊接接头组织与性能. 12> 320, 3, 300, 280, 260, 7, 距焊缝中心的距离/ram 图3 焊接接头位置的显微硬度分布 图平均抗拉强度等于两者的抗拉强度，而焊接接头试样的断裂发生在远离焊缝的母材处，如图4所示，说明焊缝和热影响区的强度高于母材，主要是由于在焊缝和热影响区生成更多的B相，可有效增强接头强度，而母材几乎为0/。组织，室温强度较低，焊缝区和热影响区的显微硬度略高于母材钛合金金相学 Zr钛合金电子束焊接接头组织与性能，因此焊缝区的o，+13双相组织强度较高与母材相比，断裂发生在母材处。

图。 4 电子束焊接接头的拉伸试验结果 图 焊缝和热影响区中形成更多的 B 相增加了焊缝强度，但通常会降低其冲击韧性。焊接接头的冲击试验结果见表2。焊缝和接头热影响区的冲击韧性分布均匀，平均冲击值为74J/cm2，试验结果高于标准 53J/cm2。在WuBi 101等人的研究中，由于合金成分不同，铸态TC4电子束焊接接头的冲击值为24J/em2。下降严重，而铸态Ti-A1-Mo-zr钛合金的电子束焊接接头含有较多的粗针。表 2. 焊接接头冲击试验结果 lec-。溺雎：魏鹏潘《福一肖}自篮，J·c姚·fll强姚边·韩铲贱金属96、85、9692焊缝中心75、70、8075热影响区75、70、7473为唯一相，能有效提高合金的韧性[5]。铸态Ti-A1-Mo-Zr钛合金电子束焊接得到的焊接接头具有良好的冲击韧性。铸造钛合金Ti-A1-Mo-Zr是焊接得到前后成形良好、无气孔、裂纹、未熔合等缺陷的焊接接头 接头焊缝组织由粗大的唯一组织和B组织基体组成 热影响区 为层状组织，部分保留原有的仅组织。

焊缝显微硬度高于母材，但接头整体显微硬度分布均匀，无明显强化区。电子束焊接铸造的Ti-A1-Mo-Zr钛合金接头焊缝抗拉强度高于母材，接头平均冲击功为74J/cm2。实验结果分布均匀，具有良好的冲击韧性。结果表明，该工艺得到的焊接接头综合力学性能良好钛合金金相学，电子束焊接Ti-Al-Mo-Zr钛合金具有良好的适用性。参考文献： [1] 龚水丽，李怀雪，索洪波，等。高能束加工技术的应用与发展[J] 航空制造技术, 2009 (14): 34-39. [2] 弯曲与拉伸. TC4整体叶盘结构的电子束焊接变形控制[J] . 航空制造技术, 2009 (23): 9l-97. [3] 3 张庆云, 李金伟, 陆业航, 等. ZTC4钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能[J] 物理与化学检验: 物理卷, 2002, 48(9): 576—578. [4] 陈新民, 耿亚辉, 何迎春, 等. TC4钛合金不同状态电子束焊接性能分析[ J]. 航天材料技术, 2016, 46(2): 39-43. [5] 赵永清, 陈永南, 张学敏, 等. 钛合金的相变与热处理[M]. 长沙:中南大学出版社, 2012: 7-11, 151. [6] 6 鲍丽索娃, 陈士清(译). 钛合金金相学[M]. 北京: 国防工业工业出版社，1986：113-114。 [7] 张建勋.金属焊接性能不均匀性及其尺度效应研究[J].电焊机, 2009 , 39(1): 24. [8],,. [J]., 2014, 43(4): 786—790. 万方资料