置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验,研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明,置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力,提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上,并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃~800℃范围内,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小;在变形温度840℃~920℃范围内,置氢量0.2wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时,置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区的变形激活能为208.3kJ/mol,与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ/mol。     

细晶粒钛合金GTAW焊缝成形性能分析

通过常规及细晶粒Ti-6Al-4V钛合金的GTAW试验,对比了不同焊接工艺时两种钛合金的焊缝成形.结果表明,由于细晶钛合金晶粒细化,晶界增多,而使热导率降低,焊接过程中晶界对热量传导的阻碍作用变大,这就使得细晶粒钛合金的焊接参数范围变窄,在很大的电流参数范围内,细晶粒钛合金的焊缝成形性能均比常规钛合金差很多;但是在一个较窄的电流变化围内,细晶钛合金的焊缝成形性能优于常规钛合金,超出此范围,成形较差;并讨论了可能的影响因素;针对文中的试件规格推荐了一个最优的焊接电流参数为47～48 A.

Abstract：

Fine grain titanium alloy is used extensively in aerospace and ailrraft because of its excellent comprehensive properties and outstanding machinability. Fine grain Ti-6Al-4V alloy and common grain Ti-6Al-4V alloy were welded by tungsten iner-gas arc welding( GTAW) respectively. Welding parameters and appearance of two Ti-6Al-4V alloys welded were investigated. The results indicate that the heat conductivity impediment of grain boundary strengthened because of fine grain Ti-6Al-4V alloy grains refinement and grain boundary increasing. Thus, its coefficient of heat conductivity is decreasing . Camparing with appearance of common grain Ti-6Al-4V alloy, when the range of welding current parameter was wide, the appearance of fine grain Ti-6Al-4V alloy was bad. However, when the range of welding current parameters was narrow relatively, the appearance of fine grain Ti-6Al-4V alloy welded was better than the one of common grain Ti-6Al-4V alloy. The possible influencing factors were discussed. At last, according to the specimen size, an optimal welding current parameter(47 ～ 48) A was recommended.     

不锈钢/Ag-Cu-Ti/钛合金钎焊接头残余应力模拟研究

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了1Cr18Ni9Ti不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金的主要热物理性能随温度变化的条件下,计算了1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ag-Cu-Ti/Ti-6Al-4V钛合金钎焊接头中的残余热应力大小和分布。计算结果表明,σy在靠近界面的钛合金外表面一侧存在一个应力最大值,且该应力为拉应力,同时σx,τxy也在界面附近存在应力峰值;残余应力会导致钎焊接头在未达到许用强度的条件下产生断裂,和钎焊试验结果具有一致性。     

电子束焊工艺参数对Ti-6Al-4V钛合金接头组织与性能的影响

采用不同的电子束焊工艺参数对Ti-6Al-4V钛合金进行电子束焊接试验.通过拉伸试验、显微硬度测试、金相组织检验、扫描电镜分析等方法,对获得接头的力学性能、显微组织进行了研究.结果表明,在最佳工艺参数下进行Ti-6Al-4V合金的真空电子束焊,获得了力学性能良好的焊接接头,接头抗拉强度达最大值;采用圆形扫描电子束焊获得接头的性能有所降低,直线扫描的效果明显优于圆形扫描.焊接接头的组织中各种相的相对含量及分布状态随工艺参数的改变而发生变化,在最佳工艺参数(I=11 mA,U=60 kV, v=800 mm/min,直线扫描)下,接头的组织更加细密,其中的α′马氏体针状组织呈篮网状交错分布.     

铝钛异质材料超声波焊接研究

进行6061铝合金和Ti-6Al-4V钛合金异种金属材料超声波焊接研究,采用EDS和金相显微镜分析接头的微观组织结构,利用撕裂实验及硬度测试来评定接头的力学性能.研究表明,6061铝合金和Ti-6Al-4V钛合金具有良好的超声波焊接性能,焊接接头的强度满足使用性能,且得到最佳超声波焊接时间为170ms,焊接压力为0.4MPa.     

钛合金在汽车上的应用和展望

综述了近三十年来国外汽车用钛合金的研究开发现状汽车用钛合金包括Ti-5Al-2Cr-1Fe,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo,Ti-6Al-4V,Ti-3Al-2.5V,Ti-6Al-4V/TiB,Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Mo-Si/TiB,Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo4Zr,Ti-6V-2Sn-4Zr-2Mo,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si,Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si,Ti-3Al-2V-0.2S-0.47Ce-0.27La,Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si/10TiB,Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al/10TiB,Ti-6Al-2Fe-0.1Si等.估计到2001年,全世界汽车用钛合金将达到6000t.     

Ti-6Al-4V平板对接电子束焊变形云图与残余应力分布研究

依据焊接时热应力特征,选取适当的焊接参数,实施Ti-6Al-4V平板对接电子束焊;用白光扫描分析仪,对试件焊接变形进行分析,得到试件焊接变形云图;并用取条法对焊接残余应力进行测试,分析讨论了焊接变形云图与残余应力分布之间的关系。     

微量氢对电子束焊接Ti-6Al-4V钛合金疲劳寿命的影响

对Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接试样进行高温气体渗氢,研究了置氢对显微组织形态的影响,并对微量氢对Ti-6Al-4V疲劳寿命的影响进行考察。显微组织研究结果表明:置氢浓度低于0.120 wt%时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物;位错在次生的α、β相区聚集,α/β相界往往是裂纹萌生的根源。疲劳实验结果表明:随置氢浓度的增加,疲劳寿命大幅下降;这是由于微量氢的存在降低了Ti-6Al-4V的韧性,并加速疲劳裂纹的扩展,从而降低了疲劳寿命。     

焊接热过程和冶金过程

20092041GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟/赵明…//焊接.-2008(10):28~31采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型。利用Visual Fortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及熔池自由表面的变形,并进行了试验验证。结果表明,达到宏观准稳态时,计算所得熔池宽度和深度与试验结果基本吻合。图3参720092042细晶粒钛合金热影响区晶粒长大规律/吴巍…//焊接学报.-2008,29(10):57~60,64细晶粒钛合金经历焊接热循环后,热影响区粗晶区晶粒具有严重的长大倾向。针对TIG焊接过程,研究了显微组织为等轴状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒长大规律,分析了晶粒粗化对粗晶区组织转变和接头硬度的影响。结果表明,母材晶粒细化引起的冷却过程中β相变点变化,导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒与普通Ti-6Al-4V合金相比具有更小的长大倾向;马氏体形核率的降低导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区α′马氏体束在生长过程具有更强的位相性...     

焊接热过程和冶金过程

20092041GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟/赵明…//焊接.-2008(10):28~31采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型。利用Visual Fortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及熔池自由表面的变形,并进行了试验验证。结果表明,达到宏观准稳态时,计算所得熔池宽度和深度与试验结果基本吻合。图3参720092042细晶粒钛合金热影响区晶粒长大规律/吴巍…//焊接学报.-2008,29(10):57~60,64细晶粒钛合金经历焊接热循环后,热影响区粗晶区晶粒具有严重的长大倾向。针对TIG焊接过程,研究了显微组织为等轴状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒长大规律,分析了晶粒粗化对粗晶区组织转变和接头硬度的影响。结果表明,母材晶粒细化引起的冷却过程中β相变点变化,导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区晶粒与普通Ti-6Al-4V合金相比具有更小的长大倾向;马氏体形核率的降低导致细晶粒Ti-6Al-4V合金粗晶区α′马氏体束在生长过程具有更强的位相性...     

细晶粒钛合金薄板TIG焊温度场分析

采用数值模拟和试验相结合的方法分析了不同晶粒尺寸的细晶粒Ti-6Al-4V钛合金薄板常规钨极氩弧焊(TIG)焊接过程中的温度场.结果表明,不同晶粒尺寸的细晶钛合金的温度场相似,但是随着母材晶粒尺寸减小,晶界增多,热导率与比热容都相应减小,且比热容减小幅度较大.所以较细晶粒尺寸钛合金热传递速度较慢,同一温度的等温线的范围大于较粗晶粒钛合金的相应值,并且距离焊缝中心越远,这种差距越明显.较细晶粒尺寸钛合金距离焊缝中心相同点的峰值温度也明显高于较粗晶粒尺寸钛合金.     

Using Finite Element and Contour Method to Evaluate Residual Stress in Thick Ti-6Al-4V Alloy Welded by Electron Beam Welding

This work was to reveal the residual stress profile in electron beam welded Ti-6Al-4V alloy plates(50 mm thick) by using finite element and contour measurement methods.A three-dimensional finite element model of 50-mmthick titanium component was proposed,in which a column–cone combined heat source model was used to simulate the temperature field and a thermo-elastic–plastic model to analyze residual stress in a weld joint based on ABAQUS software.Considering the uncertainty of welding simulation,the computation was calibrated by experimental data of contour measurement method.Both test and simulated results show that residual stresses on the surface and inside the weld zone are significantly different and present a narrow and large gradient feature in the weld joint.The peak tensile stress exceeds the yield strength of base materials inside weld,which are distinctly different from residual stress of the thin Ti-6Al-4V alloy plates presented in references before.     

氢对Ti-6Al-4V合金微观组织的影响

采用累计流量法对供应态Ti-6Al-4V合金进行了固态置氢,运用OM、XRD、TEM分析等方法研究了Ti-6Al-4V合金固态置氢后的微观组织状态及演变过程。结果表明:供应态Ti-6Al-4V合金的置氢量低于0.30%(质量分数,下同)时,置氢使得Ti-6Al-4V合金中的α相减少、β相增加;置氢量达到0.30%时,置氢Ti-6Al-4V合金中有δ氢化物(TiH2相)形成;β-Ti(H)共析转变生成α-Ti和δ氢化物时主要以切变方式进行;置氢Ti-6Al-4V合金的相变温度最多下降了180°C,与Ti-6Al-4V合金在置氢过程中的相体积比变化和共析转变有密切关系。     

Dehydrogenation of Hydrogenated Ti-6Al-4V Alloy

对未置氢及置氢Ti-6Al-4V合金进行了TG/DSC试验,研究了置氢钛合金的除氢行为。结果表明,当温度超过600℃时,置氢钛合金的失重规律与未置氢钛合金具有较大的差别。当加热温度在600~900℃之间时,置氢钛合金的失重随着氢含量的增加而增加。这是由于置氢合金中的亚稳相发生了分解。不考虑合金氧化的影响,置氢钛合金的最大失重与合金中的氢含量一致。置氢钛合金的最佳除氢温度为750℃。对于不同氢含量的置氢钛合金,其除氢工艺是相同的。     

Fatigue Performance of Gas Tungsten Arc, Electron Beam, and Laser Beam Welded Ti-6Al-4V Alloy Joints

Titanium alloys have been successfully applied for aerospace, ship, and chemical industries because they possess many good characteristics such as high strength to weight ratio, superior corrosion resistance, and excellent high temperature resistance. Though these alloys show reasonable weldability characteristics, the joint properties are greatly influenced by the welding processes. The evaluation and prediction of fatigue life are very important for the welded joints to avoid catastrophic failure particularly in titanium alloys. This article compares the fatigue performance of Ti-6Al-4V alloy fabricated by gas tungsten arc welding, laser beam welding, and electron beam welding processes. The resultant fatigue properties of the welded joints are correlated with the tensile properties and microstructural characteristics. Of the three processes considered the joint welded by laser beam welding exhibits higher fatigue limit when compared with the other two processes due to the presence of fine lamellar microstructure in the weld metal region.     

Ti/Cu异种金属电子束焊接界面行为

为了获得高强度T2铜和Ti-6Al-4V钛合金异种金属接头,采用电子束焊方法开展试验,并对接头界面组织及力学性能进行了分析.试验在钛/铜熔钎焊接基础上,通过在高熔点钛侧复合二次焊接,构建钛/铜结合界面金属间化合物层的重熔温度场,进而实现钛/铜金属间化合物层的重熔改性.通过有限元温度场模拟及SEM,XRD等检测.结果表明,钛侧重熔焊接可在结合界面处形成1 000℃左右高温,金属间化合物层发生局域重熔.在随后凝固过程中,由于散热方向及元素再分配,相的形成顺序发生改变,钛原子向铜侧的扩散距离减短,高硬度相TiCu向Ti2Cu转变,相结构优化,最终接头强度得以提升.     

Ti-6Al-4V钛合金搅拌摩擦焊缝的织构(英文)

采用W-Re合金搅拌头对α+β双相Ti-6Al-4V钛合金进行搅拌摩擦焊并在合适的工艺参数下获得无缺陷焊缝,利用取向成像显微镜对Ti-6Al-4V钛合金搅拌摩擦焊缝的织构进行研究。Ti-6Al-4V钛合金母材为轧制退火态,组织由变形的初生α相和转变β组织构成,具有典型的轧制织构。焊核区组织与母材明显不同,由大量的等轴动态再结晶晶粒组成,并在搅拌摩擦焊过程中形成{φ1=30°,φ=62°,φ2=30°}取向的织构。     

激光焊接对SPF/DBTi-6Al-4V合金疲劳性能的影响

研究了SPF/DB Ti-6Al-4V合金及其激光焊接接头静态拉伸性能和疲劳性能,并获得S-N曲线.通过观察组织特征和疲劳断口形貌,分析了激光焊接对SPF/DB Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响.结果表明,SPF/DB T-6Al-4V合金激光焊接接头的抗拉强度略低于母材抗拉强度,而疲劳强度明显低于母材疲劳强度,约为其抗拉强度的40%.SPF/DB Ti-6Al-4V合金组织为α+β等轴细晶组织,其焊接接头组织为含α,针状马氏体α'和少量β相的魏氏组织结构.焊接接头组织结构的不均匀性,以及组织的粗大化是导致激光焊接接头疲劳性能下降的重要原因.SPF/DB Ti-6Al-4V合金疲劳断裂为塑性断裂,其焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,这显著降低激光焊接接头的疲劳性能.而焊接气孔等焊缝表层微小几何不连续缺陷的存在往往成为激光焊接接头疲劳断裂的裂纹源.     

超声波焊接制备功能梯度材料

采用超声波焊接的方法成功制备了功能梯度材料,它具有简便、环保、快速成型的特点.实验以铝合金6061、3003、纯钛、钛合金Ti-6Al-4V和纯镍为材料,利用超声波焊接方法制备Al/Ti/Ni功能梯度材料.通过金相显微分析、显微硬度分析、EDS分析对其焊接界面的微观结构、显微硬度、焊缝原子扩散程度进行测试和表征.结果表...