钛合金TC4的激光焊接

采用激光焊接TC4钛合金，研究了焊缝成分变化对组织转变和焊缝机械性能的影响，分析了焊缝中气孔(或空洞)形成的原因。试验结果袁明：焊缝合金成分Al、V的变化对组织转变厦焊缝机械性能影响较大．空洞由激光焊接的特点所决定。     

TC4钛合金水下湿法激光焊接焊缝组织与性能

使用光纤激光器对TC4钛合金进行了水下湿法激光焊接试验,通过在TC4表面预置焊接辅助剂实现了增加水下湿法焊接熔深的同时对焊缝进行保护的目的. 对焊缝的微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,预置焊接辅助剂后,焊缝熔深增大,焊接阈值增加,焊缝中裂纹减少. 焊缝中心主要由初生α和马氏体组织α'相组成,在熔池底部还保留有粗大的β晶界,焊缝由于水的急冷作用出现了淬硬组织,显微硬度远高于TC4母材. 水下焊接拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值为439 MPa,呈现为脆性断裂.     

60mm厚TC4钛合金电子束焊接头疲劳性能

针对大厚度钛合金在海洋领域的应用,开展了60 mm厚TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头疲劳性能的研究. 对EBW接头和母材的疲劳性能进行测试,分析接头疲劳性能的均匀性,绘制S-N曲线对比分析母材与接头的疲劳性能,并采用扫描电镜观察疲劳试样断口以解明断裂路径. 结果表明,EBW接头疲劳性能测试断裂多发生在母材,少数断裂在热影响区,接头疲劳性能沿熔深方向由上至下逐步降低,电子束焊接接头比母材高出10%,接头疲劳试验断口可分为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个典型区域,裂纹起源于试件表面边缘处.     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳断口研究

采用单边缺口试样,用扫描电镜观察了TC4-DT钛合金母材及电子束焊接接头焊缝区与热影响区的疲劳断口,分别分析了疲劳裂纹起裂源、扩展区及瞬断区的断口形貌特征.结果表明,疲劳裂纹均起裂于试样缺口根部,并由试样的一侧扩展到另一侧,裂纹扩展初期均沿一定的结晶面扩展,属于脆性穿晶断裂;母材和热影响区的瞬断部位均有明显的韧窝出现,属于塑性沿晶断裂,而焊缝区断口上韧窝不明显;热影响区疲劳断口有疲劳条带出现,但在母材和焊缝区断口上很难看见.     

TC4ELI钛合金低周疲劳性能研究

研究了具有网篮组织的TC4ELI钛合金材料在不同应变幅值下的低周疲劳性能,给出了TC4ELI钛合金在低周疲劳下的循环应力-应变曲线,拟合出循环应变硬化指数、循环强度系数以及应变-寿命特征系数,并通过光学显微镜进行金相分析,通过扫描电镜进行断口形貌分析。结果表明,TC4ELI钛合金呈现出循环软化的特性;距离疲劳断口1.5 mm处的组织形态与断口处无明显变化,疲劳裂纹以穿晶方式扩展直至断裂;随着应变幅值增大,韧窝变大变深,韧性断裂特征变得更加显著。     

TC4钛合金的微动疲劳行为研究

研究了TC4钛合金在柱面-平面接触条件下的微动疲劳行为.通过观察微动区的磨损特征和截面形貌,分析了微动疲劳损伤机制,探讨了磨屑的形成与演变过程及其对微动疲劳行为的影响,考察了摩擦系数随时间的变化.结果表明,TC4钛合金微动区的损伤机制以粘着磨损、磨粒磨损和接触疲劳为主,并伴有氧化磨损.磨屑是基体材料脱落、破碎、氧化形成的,磨屑中的硬质氧化物颗粒促进了合金表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效.     

TC4钛合金激光焊接接头力学行为的原位研究

采用扫描电镜(SEM)原位拉伸法观察TC4钛合金激光焊接接头各微区孔洞形核与成长、损伤与断裂行为,研究接头微观组织对其损伤和断裂行为的影响。结果表明:焊缝区裂纹形核于晶内孪晶、滑移线与晶界交汇处,主裂纹形成直至最终断裂;热影响区多裂纹起裂,单一裂纹扩展至最终断裂;母材区孔洞优先形核于相界面及晶界区域,缺口前端孔洞群相互贯穿直至最终断裂。当应变超过0.023时,母材区及热影响区靠近母材一侧从协调变形向以界面微孔洞的行核与聚合为主转化;焊缝区粗大晶粒内部网篮状马氏体存在且晶界面积较小,导致变形机制未发生改变,促使其力学性能低于焊缝的。     

超声跨态处理对TC4钛合金激光焊缝组织与硬度的影响

为改善TC4钛合金激光焊接质量,引进超声振动场辅助激光焊接工艺(超声跨态处理,UPPLW),通过改变超声场强度的方法,研究超声功率对接头宏观形貌、微观组织以及显微硬度的影响。结果表明,在辅加超声场作用下,随着超声功率的增加,焊缝表面出现团簇状凹坑且表面粗糙度降低;α′相针状马氏体含量更加密集,取向和排列更加杂乱,针状组织的平均长度因超声振动和辐射压力的作用而变短;焊缝区域的显微硬度增大,热影响区和母材区域的显微硬度基本保持不变。     

TC4钛合金激光对接接头超塑变形显微组织研究

通过高温拉伸试验研究TC4钛合金激光对接接头超塑性变形,用金相显微镜观察了超塑性变形前后母材及焊缝显微组织,并测量了变形前后焊缝截面的显微硬度。结果表明:激光焊接接头能够承受高温拉伸,随着变形温度的提高或应变速率的降低,母材晶粒发生一定程度的长大,β与α两相比增加。在高温超塑性变形作用下,焊缝的针状组织增厚成为片层状,并发生局部区域球化。激光焊接接头性能优良,超塑性变形后焊缝截面显微硬度约380HV。     

TC4钛合金薄板激光焊接接头的疲劳寿命及断口分析

研究了TC4钛合金薄板激光焊接接头及母材的疲劳性能,并对其疲劳断口进行了观察.结果表明,接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,在高应力水平时低于母材.母材疲劳裂纹萌生于试样表面;在裂纹扩展区有平行排列的弯曲的二次裂纹和期间更细的疲劳辉纹,瞬断区为细小的等轴韧窝.焊缝疲劳裂纹起源于表面的气孔,源区有笔直且平行排列的二次裂纹;在裂纹扩展区,断口形貌与组织有关,细晶区为韧窝,在细晶与柱状晶交界处为敞口浅韧窝,柱状晶和粗晶区为晶粒大小的刻面,上有大量的微剪切滑移带,断裂机理为滑移带形成及开裂.     

薄壁TC4钛合金激光焊缝成形试验研究

以TC4薄壁钛合金为研究对象,开展激光焊工艺研究及焊缝成形控制。主要研究了焊接过程保护方式、激光能量控制、离焦量和倾斜角度等焊接参数对焊缝成形的影响。研究结果表明,激光低速焊接TC4薄板钛合金工艺窗口较窄,需要进行精确的能量输入控制。采用高速激光焊接TC4薄板结构,有效地扩大工艺窗口。提高激光离焦量也可以提高熔化宽度,激光功率与离焦量比值为100～140 W/mm可得到良好的熔透效果。激光大角度斜向焊接会出现散射现象,提高能量输入可以良好地保证成形质量。     

TC4钛合金的多轴高周疲劳损伤及强度退化研究

不同工况下TC4(Ti-6Al-4V)钛合金疲劳累积损伤及强度退化存在较大差别。为了充分表征载荷参数的影响,基于Chaboche损伤模型以及改进的多轴疲劳损伤准则,提出新的强度退化模型,开展了TC4钛合金的多轴高周疲劳(HCF)寿命预测和强度退化评估。首先,开展TC4合金在一系列加载路径下的多轴比例和非比例疲劳试验。将Chaboche非线性损伤准则和临界平面法与提出的损伤控制参数相结合,描述了TC4合金的非线性疲劳损伤计算和寿命预测。其次,进一步建立了基于累积损伤的非线性强度退化模型,并证明了该模型在不同载荷工况下均可以获得更高的精度。实验结果表明,由于考虑载荷参数的影响,提出的TC4钛合金疲劳寿命与强度退化预测结果精度远高于其他的预测模型。     

TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层

以Ti、Si单质元素混合粉末为原料,采用激光合金化技术在钛合金表面成功制备出了Ti-Si合金涂层。分析了涂层的组织形貌、成分和物相组成,测试了涂层的显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在合适的激光合金化参数下制备的Ti-Si涂层整体均匀致密,无裂纹且与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由针状的α-Ti基体和网状分布的Ti_5Si_3/β-Ti共晶体(室温下为Ti_5Si_3/α-Ti)组成;自下而上涂层组织细化,硬度HV在6600~7300 MPa之间,与TC4钛合金相比,平均摩擦系数降低(0.39 vs 0.45),耐磨性提高2.4倍。     

咬边缺陷对TC4钛合金激光焊接头静力拉伸形变特征的影响

通过对静力拉伸常规试验时进行同步的红外热像测量,对存在咬边缺陷的TC4钛合金焊缝试样和经激光双面修饰焊试样的拉伸过程和结果进行研究.结果表明,屈服现象都首先发生在焊缝区域,但是咬边程度对焊缝试样开始产生屈服现象的应力和应变具有影响,对塑性变形行为影响更大.在咬边小于一定值时,大塑性变形会发生在母材区域,其塑性指标与母材相当;咬边较大时,塑性变形集中在焊缝及其附近区域且快速断裂.而经双面修饰焊的试样,初始屈服现象不再集中在焊缝区域,而是同时发生在焊缝和母材处,塑性变形主要发生在母材区域,与母材相似.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

TC2钛合金薄板CO2激光焊对接接头组织与性能

采用大功率CO2激光焊接设备,研究了TC2钛合金薄板的焊接工艺.针对4 mm厚TC2钛合金对接接头,分析焊缝和热影响区的显微组织结构,检测焊接接头的显微硬度分布规律,并综合试验结果分析焊接接头不同区域的性能.结果表明,焊缝的微组织较母材粗大,具有较强的沿焊接热影响区经焊缝界面向焊缝中心生长的方向性;焊接接头在焊缝区的硬度最高,热影响区硬度较低且硬度变化幅度较大,靠近母材处硬度值最低,是接头强度的薄弱区.     

选区激光熔化TC4合金微观组织研究进展

选区激光熔化成形技术是制造TC4钛合金等难加工金属的一种非常有前景的方法,内部组织的难以控制是制约其大规模应用的一个瓶颈.本文概述了选区激光熔化成形中加工参数对TC4合金显微组织、残余应力分布的影响,以及热处理后显微组织的变化这3个方面的研究进展,并对今后组织相关的研究发展方向进行了展望.     

TC4钛合金电子束焊接头低周疲劳性能与断裂行为

文中比较了30 mm厚TC4电子束焊接头和母材的低周疲劳性能。试验结果表明,母材的低周疲劳性能稍优于接头,母材和接头的应变疲劳极限分别为0.49%和0.44%。对接头的疲劳断裂位置进行了观察,接头的疲劳断裂位置在焊缝。对接头和母材的疲劳断口进行了观察,疲劳裂纹源均出现在试样表面,疲劳裂纹扩展区均发现典型的疲劳辉纹,但接头的辉纹间距要小于母材,最后拉伸断裂区均发现韧窝,为韧性断裂。最后运用高分辨SEM对接头的组织进行了研究,母材为典型的双态组织,主要是由等轴α相和晶间β相构成,热影响区等轴α相边缘逐渐溶解,转变成较多的层状α’相,焊缝主要是由针状α’相组成的网篮状组织构成。     

激光熔化沉积TC18钛合金的低周疲劳行为

研究激光熔化沉积TC18钛合金的室温低周疲劳行为。通过双重退火热处理制度获得的TC18钛合金显微组织由细小的片层状初生α相和转变β基体组成,且晶界α相不均匀。采用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了低周疲劳试样疲劳断口以及纵截面。结果表明,在低周疲劳断口可以观察到多个裂纹源。主裂纹源区与次裂纹源区具有不同的断裂形貌。当裂纹沿着晶界α相扩展时,连续的晶界α相导致平直的裂纹扩展模式,而不连续的晶界α相导致曲折的裂纹扩展路径。