钛及其合金不同材料激光焊接的研究与发展现状(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】)的焊缝,并通过使用氩气防止出现孔隙。焊接过程很敏感,低光束能意味着不完全穿透,而在高激光功率下可以观察到底切和灼皮。此外,对于T型接头配
)的焊缝,并通过使用氩气防止出现孔隙。焊接过程很敏感,低光束能意味着不完全穿透,而在高激光功率下可以观察到底切和灼皮。此外,对于T型接头配置,入射角和入射偏移会影响缺陷的可成形性,例如较少的根部穿透、底切或高表面穿透。为了提高接头的机械性能,进行了焊后热处理(PWHT)。PWHT在提高FZ、HAZ和碱金属(BM)的延展性(延伸率)和硬度方面显示出良好的效果。然而,PWHT对UTS的改善非常小。同样,双光束焊接模式在焊接区(WZ)中表现出更高、更均匀的硬度分布,同时提高了UTS(7%)和延伸率(37%)。这是由于双光束的冷却速度较慢导致在相对较软的B2中形成较硬的O脆性相造造成的。这是由于Ti-22Al-25Nb/TA15不同材料接头的双光束焊接冷却速度较慢,导致在相对较软的Ti2AlNb(B2)中形成较硬且脆的正交Ti2AlNb(O)脆性相造成的。O相通过阻碍滑移模式进一步限制位错运动,从而最终提高机械强度。由于延展性的损失,焊缝通常以与拉伸轴成45°角的延展方式或以混合脆性-延展方式失败。
▲图7?Ti-Ti不同激光焊缝的(a)硬度分布和(b)抗拉强度值
Xu等人表明,当TC4:TA15之间接头的应变率增加时,UTS也增加,但应变硬化减少,因为塑性流动机制从滑移位错转变为孪晶。在较高温度(550°C)下进行的拉伸试验表明,与室温强度相比延伸率降低了30-40%、提高了40%。这种减少似乎是很重要,但第二代钛合金(Nb大于25%)仍然适用于燃气轮机系统(压缩机部分)的高温应用。与Ni合金相比,这些合金的重量减轻了40%,并且与Ti-Al基合金相比具有更高的使用温度。然而,承载力的下降主要归因于小晶粒的变形机制从位错滑移到蠕变的转变。对于晶粒较粗的焊缝,析出物的尺寸通常较大,因为它们在缓慢冷却下的生长时间较长。在某些情况下,诱发孔隙是不可避免的,如果将其限制在5%范围内,则不会影响接头的承载能力。然而,在Ti-6Al-4V和BTi6431S双面焊接的情况下,随着第一通道中较小的孔隙积累并在第二通道中形成较大的孔隙,第二通道中会形成更多的孔隙。此外,值得注意的是,脉冲激光焊接由于其不连续的加热和冷却循环而意味着(Ti-22Al-25Nb/TA15)接头具有优越的机械性能。
FZ的微观结构在激光焊接后被细化,并被发现为基于中间相和合金成分的混合物。Gui等人在Ti-6Al-4V和BTi6431S之间的双面激光焊接重叠区的FZ中观察到硬Widmanst?tten结构(400Hv),但单焊道和双道焊焊接的HAZ中未报告任何变化。由于Mo含量(β稳定剂)从2.5wt%增加到3.3wt%,因此不同焊缝的UTS值介于BTi6431S和Ti-6Al-4V之间。
如图7(a)所示,在某些情况下,HAZ的硬度似乎高于FZ和BM。Ti合金的主要微观结构和相遵循显微硬度的顺序:马氏体α'>α相>β相。因此,在HAZ中,微观结构从初生α相和先前的β相转变为马氏体α'相和针状α相。由于马氏体α'的增加和FZ中更高的合金含量可用性,偏移量从TA15合金转移到BTi6431合金时,观察到硬度的增加。β稳定元素如Nb、Mo和W提供了比α稳定剂更强的增强作用,因此增加了β基合金的HAZ硬度。
Li等人详细讨论了用TA15(α+β)焊接的Ti-22Al-25Nb(α2+B2+O)的微观结构演变。FZ由径向生长的树枝状结构组成。当β相快速冷却时形成B2相成核和针状马氏体α'相(图8(a)),从而不允许β转变为α或任何其他相。根据Ti-22Al-XNb相图分析Ti-22Al-25Nb的热影响区(图8(j))。在靠近FZ的HAZ区,峰值温度高于转变B2温度,但较快的冷却速度抑制了β向O/α2的转变,导致B2相在该区域占主导地位。当温度降低时,B2+α2相保留在较窄的位置。随着HAZ接近BM,峰值加热温度降低到B2+O+α2相(图8(c)和(d))。FZ和HAZ微观结构的变化不会影响接头的UTS,但可能会降低延展性,在某些情况下,由于脆性和较硬的马氏体α'相的演变,导致延伸率降低至60-81%左右。需要重申的是,对于不同钛-钛接头的冲击强度、疲劳强度、裂纹萌生部位、疲劳失效、循环应变特性、失效循环次数和裂纹扩展特性的研究工作尚未实现。▲图8?(a)FZ中的B2相和马氏体α'相,(e)TA15热影响区微观结构和相应的放大区(b)再结晶区、(f)细晶区、(g)粗晶区、(h)粗晶区内的马氏体α'相。(i)Ti-Al相图和TA15合金热影响区相示意图。Ti-22Al-25 Nb侧HAZ的光学图像(c)概览和(d)放大视图。(i)与获得的微观结构特征相对应的TA15 Ti-Al相图和(j)T-22 at.% Al-Nb相图的相关性。
▲图7?Ti-Ti不同激光焊缝的(a)硬度分布和(b)抗拉强度值
Xu等人表明,当TC4:TA15之间接头的应变率增加时,UTS也增加,但应变硬化减少,因为塑性流动机制从滑移位错转变为孪晶。在较高温度(550°C)下进行的拉伸试验表明,与室温强度相比延伸率降低了30-40%、提高了40%。这种减少似乎是很重要,但第二代钛合金(Nb大于25%)仍然适用于燃气轮机系统(压缩机部分)的高温应用。与Ni合金相比,这些合金的重量减轻了40%,并且与Ti-Al基合金相比具有更高的使用温度。然而,承载力的下降主要归因于小晶粒的变形机制从位错滑移到蠕变的转变。对于晶粒较粗的焊缝,析出物的尺寸通常较大,因为它们在缓慢冷却下的生长时间较长。在某些情况下,诱发孔隙是不可避免的,如果将其限制在5%范围内,则不会影响接头的承载能力。然而,在Ti-6Al-4V和BTi6431S双面焊接的情况下,随着第一通道中较小的孔隙积累并在第二通道中形成较大的孔隙,第二通道中会形成更多的孔隙。此外,值得注意的是,脉冲激光焊接由于其不连续的加热和冷却循环而意味着(Ti-22Al-25Nb/TA15)接头具有优越的机械性能。
FZ的微观结构在激光焊接后被细化,并被发现为基于中间相和合金成分的混合物。Gui等人在Ti-6Al-4V和BTi6431S之间的双面激光焊接重叠区的FZ中观察到硬Widmanst?tten结构(400Hv),但单焊道和双道焊焊接的HAZ中未报告任何变化。由于Mo含量(β稳定剂)从2.5wt%增加到3.3wt%,因此不同焊缝的UTS值介于BTi6431S和Ti-6Al-4V之间。
如图7(a)所示,在某些情况下,HAZ的硬度似乎高于FZ和BM。Ti合金的主要微观结构和相遵循显微硬度的顺序:马氏体α'>α相>β相。因此,在HAZ中,微观结构从初生α相和先前的β相转变为马氏体α'相和针状α相。由于马氏体α'的增加和FZ中更高的合金含量可用性,偏移量从TA15合金转移到BTi6431合金时,观察到硬度的增加。β稳定元素如Nb、Mo和W提供了比α稳定剂更强的增强作用,因此增加了β基合金的HAZ硬度。
Li等人详细讨论了用TA15(α+β)焊接的Ti-22Al-25Nb(α2+B2+O)的微观结构演变。FZ由径向生长的树枝状结构组成。当β相快速冷却时形成B2相成核和针状马氏体α'相(图8(a)),从而不允许β转变为α或任何其他相。根据Ti-22Al-XNb相图分析Ti-22Al-25Nb的热影响区(图8(j))。在靠近FZ的HAZ区,峰值温度高于转变B2温度,但较快的冷却速度抑制了β向O/α2的转变,导致B2相在该区域占主导地位。当温度降低时,B2+α2相保留在较窄的位置。随着HAZ接近BM,峰值加热温度降低到B2+O+α2相(图8(c)和(d))。FZ和HAZ微观结构的变化不会影响接头的UTS,但可能会降低延展性,在某些情况下,由于脆性和较硬的马氏体α'相的演变,导致延伸率降低至60-81%左右。需要重申的是,对于不同钛-钛接头的冲击强度、疲劳强度、裂纹萌生部位、疲劳失效、循环应变特性、失效循环次数和裂纹扩展特性的研究工作尚未实现。▲图8?(a)FZ中的B2相和马氏体α'相,(e)TA15热影响区微观结构和相应的放大区(b)再结晶区、(f)细晶区、(g)粗晶区、(h)粗晶区内的马氏体α'相。(i)Ti-Al相图和TA15合金热影响区相示意图。Ti-22Al-25 Nb侧HAZ的光学图像(c)概览和(d)放大视图。(i)与获得的微观结构特征相对应的TA15 Ti-Al相图和(j)T-22 at.% Al-Nb相图的相关性。
文章来源:《材料保护》 网址: http://www.clbhzzs.cn/zonghexinwen/2021/0917/975.html
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