TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织转变特征.pdf

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1、第43卷第5期稀有金属材料与工程、，0l_43．NO．52014住5月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGMay2014TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织转变特征王文，李瑶2，王庆娟，王快社，海敏娜(1．西安建筑科技大学，陕西西安710055)(2．西安飞机国际航空制造股份有限公司，陕西西安710089)摘要：采用搅拌摩擦焊接技术(frictionstirwelding，FSW)分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了连接，利用OM和TEM技术研究焊接接头不同区域的微观组织转变特征。结果表明，FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区，各个区

2、域经历不同的热循环和塑性变形，呈现出不同的微观组织特征。母材区为热轧退火后的初生和双相组织。空气条件下，搅拌区为，片层结构，组织转变主要为相转变为片层d两相，热机械影响区为等轴晶n和a+片层的双态组织，组织转变受动态再结晶和相变共同作用。强制冷却条件下，搅拌区为针状马氏体结构，组织转变主要为马氏体相变关键词：搅拌摩擦焊接；TC4钛合金；微观组织；强制冷却中图法分类号：TG453．9文献标识码：A文章编号：1002．185X(2014)05—1143．05钛及钛合金作为重要的轻质结构材料，广泛应用起到显著作用【5]。Liu等人对TC4钛合金FSW接头微于航空、航天、车辆工程、牛

3、物医学工程和日常生活观组织的研究结果表明，搅拌区的双态组织受动态再等领域。在钛及钛合金的加二过程中，焊接成为必不结晶和同素异构转变共同作用[6】。Zhou等人研究了旋可少的关键技术。目前，钛及钛合金主要通过熔化焊转速度对TC4FSW接头微观组织和力学性能的影响，接方法进行连接，具体包括：钨极气体保护焊、熔化结果表明：随着旋转速度的增加，搅拌区从双态组织气体保护焊、等离子弧焊、激光焊和电子束焊等。这向完全片层状组织转变，接头的抗拉强度随着旋转速些传统的熔化焊接方法焊接钛及钛合金时存在接头组度的增加而降低【。钛及钛合金FSW过程中的组织转织过热，晶粒粗大，接头强塑性较低，焊前准备

4、工作变问题受到焊接工具、工艺参数、冷却条件等诸多因复杂，焊接效率低等问题【1]。素影响，呈现出多样性和复杂性特点。目前，对高转搅拌摩擦焊(frictionstirwelding，FSW)是英国速条件下的钛合金FSW研究较少，而且对强制冷却条焊接研究所于1991年发明的一种固相连接新技术【2】。件下接头微观组织的转变特征研究也很少涉及[8-14】。焊接过程中，被焊接材料产剧烈的塑性变形，可实因此，本实验在高转速下，分别在空气和强制冷却条现焊接接头组织细化和均匀化。焊接过程中较低的热件下对TC4钛合金板进行FSW，对比研究焊接接头的循环作用，避免了气孔、裂纹等熔焊缺陷的产生，减组

5、织转变特征，以期为钛及钛合金高效优质FSW技术小了组织粗化倾向，使焊接接头具有较高的强度和塑提供理论支持。性【3．4】。目前，FSW技术已经成功地应用于铝、镁等1实验低熔点材料的高效优质连接，并在航空、航天、船舶、车辆等领域实现了工程化应刖，具有良好的发展前景。实验选用40．0mm×60．0mm×3．0mm的TC4钛近年来，国内外学者在钛及钛合金FSW接头成合金板材进行FSW，钛合金的化学成分(质量分数，％)型机理、焊缝组织性能及焊接工艺等方面开展了相关为6．1A1，4．2V，0．08Fe，0．01C，0．05N，0．002H，研究工作。Zhang等人采用多晶立方氮化硼搅拌头

6、对0．12O，余量Ti。FSW实验在改造的X5032型立式升cp．Ti进行了FSW，结果表明：焊后冷却过程中发生降台铣床上进行。搅拌头工具材料为硬质合金，搅拌了同素异构转变，细占fj强化对接头硬度的提高头轴肩直径为12mm，搅拌针直径为3．8mm，高度为收稿日期：2013．05．20基金项目：国家自然科学基金(51074119)；西安市科技计划项目(CXY1124(4))；陕西省教育厅产业化项目(2012JC14)；中国博士后科学基金(212M511981)作者简介：王文，男，1985年生，硕士，西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055，电话：029—8220509

7、7，E—mail：wangwen8525@yahoo．tom．cn第5期王文等：TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织转变特征·1147·【6]LiuHJ，ZhouL．TransactionsofNonferrousMetalsSociety3结论ofChina[J]，2010，20(10)：18731)FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材【7]ZhouL，LiuHJ，LiuQW．MaterialsandDesign【J]，2010，区，各个区域经历了不同的热循环和塑性变形，呈现3l：2631出不同的微观