钛基复合材料TIG焊接接头的显微组织和拉伸性能

发布时间：2022-02-12 08:37

　　采用非熔化极惰性气体钨极保护（TIG）焊技术对非连续增强钛基复合材料进行焊接,研究了焊接接头的显微组织与拉伸性能。结果表明:TIG焊接可较好地实现钛基复合材料的连接,焊缝成形良好,表面均匀洁净,未见微裂纹、气孔等焊接缺陷;接头由焊缝区、热影响区和母材区组成;接头中焊缝区和靠近焊缝的热影响区中β相晶界上分布的增强体TiB具有较高的长径比,细化程度较高,同时焊缝区和靠近焊缝的热影响区中存在大量针状马氏体α′相;接头的抗拉强度为1 137MPa,为母材的92%,断后伸长率为2.20%;接头拉伸时均在母材区断裂,拉伸断口主要呈韧性断裂特征,部分区域呈沿晶断裂特征。 

【文章来源】：机械工程材料. 2020,44(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

钛基复合材料的显微组织

由图3可以看出：与典型的钛合金TIG焊接接头类似，钛基复合材料TIG焊接接头的焊缝区为典型的柱状晶组织，而且柱状晶粒较细小，分布较均匀，该区域未发现夹杂物、气孔或者未焊透等焊接缺陷。热影响区按照晶粒形态划分为热影响区1和热影响区2。热影响区1靠近焊缝，宽度约为220μm，晶粒粗大，尺寸约为50μm。这是因为在焊接热源作用下，热影响区1的温度超过了β相转变温度，而且钛合金的导热系数小，焊接热量不断集中，使得该区域处于过热状态，同时焊接停留时间较长，所以该区域的晶粒急剧长大，形成粗大晶粒组织。热影响区2离焊缝较远，受焊接热循环的影响减弱，该区域的温度低于β相转变温度，因此该区域的组织保留了部分基体组织形态，由少量的α相和β相组成。母材区受到微弱的焊接热循环作用，该区域组织由α相和β相组成，与初始母材组织相比，α相较细小。图3 钛基复合材料焊接接头不同区域的显微组织

图2 钛基复合材料焊接接头的形貌由图4可以看出，在焊接接头焊缝区的柱状晶晶界和热影响区1的粗晶晶界上分布着白色物相，放大后发现该白色物相呈晶须状，有一定的长径比，可断定该物相为增强体TiB晶须，而且尺寸明显小于母材中的，这是由焊接热循环作用导致的。焊缝区受焊接热循环的作用最大，该区域中TiB细化得尤为显著，其长径比远高于母材中的；热影响区1虽然处于过热状态，但受焊接热循环的作用较焊缝区的弱，TiB细化程度下降，长径比低于焊缝区中的，但高于母材中的，可观察到TiB晶须部分溶解而细化的现象。距离焊缝区较远的热影响区2仅部分增强体得到细化，这应是由于在焊接热循环的作用下，钛和硼原子扩散加剧使TiB溶解导致的。母材区中的TiB尺寸几乎未发生变化。在焊缝区和热影响区1中还存在大量针状α′相，这是由于焊接时这些区域的温度超过了β相转变温度，在随后熔池的快速冷却过程中，溶质原子来不及通过扩散形成稳定的α相，而是通过无扩散共格切变机制转变为过饱和固溶体α′马氏体（β→α′）[12]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金蒙皮骨架结构激光焊接工艺与组织研究[J]. 赵颖,龙丹,赵勇,黄坚.  热加工工艺. 2012(07)
[2]原位合成钛基复合材料的最新进展[J]. 肖代红,黄伯云.  粉末冶金技术. 2008(03)
[3]金属基复合材料连接方法研究综述[J]. 于治水,李瑞峰,祁凯.  热加工工艺. 2006(02)
[4]TP-650颗粒增强钛基复合材料的性能与组织特征[J]. 毛小南,周廉,周义刚,Alain Vassel,张鹏省,于兰兰.  稀有金属材料与工程. 2004(06)
[5]钛基复合材料的焊接[J]. 张胜玉.  焊接技术. 2000(05)
[6]钛基复合材料的研究与发展[J]. 罗国珍.  稀有金属材料与工程. 1997(02)
[7]我国钛科学技术的发展动向和新进展——第9届全国钛及钛合金学术交流会述评[J]. 邓炬.  稀有金属材料与工程. 1997(01)



本文编号：3621396