厚壁TC4-DT钛合金电子束焊接接头的微观组织特征.pdf

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1、第42卷第1期稀有金属材料与工程VO1．42．NO．2013证1月RAREMETALMATERIALSANDENG1NEERINGJanuary2013厚壁TC4．DT钛合金电子束焊接接头的微观组织特征芦伟，史耀武，雷永平，李晓延(北京工业大学，北京100124)摘要：对50mm厚壁TC4一DT钛合金进行焊接试验，通过对接头横截面进行光学显微组织分析和显微硬度测试，研究电子束焊接对该合金微观组织特征的影响。结果表明：TC4一DT钛合金母材显微组织为等轴状仞生相和层片状(“+)所构成的典型双态组织。焊缝区的显微组织为网篮状马氏体组织’，焊缝¨J：部粗人的原始桩状

2、晶明显，F部原始晶粒尺寸较小甩晶界不明显。热影响区显微组织可分为2个区域，近焊缝热影响区显微组织为少量等轴初生d+针状t氏体d’，近母材热影响区显微组织为等轴初生n+含针状n的转变组织。2个区域的分界取决于焊接冷却过程的转变温度。接头焊缝区和热影响区显微硬度偏高，近焊缝热影响区显微硬度达到峰值。另外，小同焊缝深度处显微硬度有差别：随着熔深位置增加，焊缝区的显微硬度呈递增趋势。关键词：TC4．DT钛合金；电子束焊：显微组织；显微硬度中图法分类号：TG456_3文献标识码：A文章编号：1002—185X(2013)01—0054—04钛合金由于具有高比强度、高比刚

3、度、抗蠕变、查电子束焊接对厚壁TC4一DT钛合金微观组织特征的耐高温和良好的焊接性等优点在航空航天领域得剑了影响，为TC4一DT在航空结构中的应用提供依据。J泛应用_1j。在航窄工业损伤容限设计思想的指引下，1实验国内外一些研究机构已研制出批具有较高裂纹扩展抗力的损伤容限型钛合金IjJ。TC4一DT钛合金是我国试验所用材料为双重退火态TC4一DT钛合金锻造在Ti．6A1—4V基础上通过降低间隙元素含量研制出的板材，试板尺寸为200mmx200mmx50mm，其化学种典型的损伤容限钛合金。该合金具有中等强度、成分列于表1。焊前采用机械打磨和化学清洗2种方高韧性(

4、c≥90MPa·m)、高损伤容限和长疲劳寿命法对板材表面进行处理。用砂纸打磨试板以去除氧化等特点。膜，然后用酸液清洗试板，并用丙酮和乙醇将试板擦目前，厚擘TC4一DT钛合金主要应用于l{I机重要承力洗干净。焊接试验在ZD150．15A高压真空电了束焊机框梁结构的制造。电子束焊接技术由于其焊接功率密度卜进行，焊接沿垂直板材轧制‘向进行，焊接』．艺高、焊接工艺稳定且在真空环境下进行，可获得大熔深、参数列于表2。小变形、轻量化、高精度和质量良好的焊接接头，近年来利用线切割在垂直r焊道方向切取焊接接头试成为我国焊接航空厚壁钛合金承力构件的理想选择[4,51。样，经打磨

5、、抛光和腐蚀后制成金相试样。所用腐蚀钛合金白身的特点和电子束焊接过程中的大梯度剂为HF：HNO3：H2O=1：12：50。在OLYMPUSBX51M热效应容易导致焊接区域生强烈的组织和力学不均光学显微镜下观察不同熔深处母材、热影响和焊缝匀性_61。近年来，钛合金电子束焊接接头组织与性能区的微观组织形貌。采用HXD1000硬度测试仪对小的研究主要是针对十TAl5合金和Ti．6A1—4V合金[7,81。唰熔深处接头显微硬度进行测量，载荷为0_3N，加载有关TC4一DT钛合金电子束焊接后的组织与性能变化时问l5S。母材和焊缝区测试点『日J隔取0．4mm，热研究报道还

6、不多。因此，本研究以50mm厚TC4一DT影响区测试点『日J隔取0．2mm。钛合金电子束焊接接头为对象，通过对接头区进行光2结果与讨论学显微组织分析和显微硬度测试，探讨接头显微组织和硬度在熔深方向和垂直于焊缝方向的变化，进而调2．1接头横截面宏观形貌收稿日期：2012—01—13基金项目：国家自然科学基金重点项目(50935008)作者简介：芦伟，女，1988年生，博士，北京1业人学材料科学与1程学院，北京100124，电：010—67392523，E-mail：luwei87@emails．bjut．edu．cn第1期芦伟等：厚壁TC4一DT钛合金电子束焊接

7、接头的微观组织特征·57·[1】BoyerRR．MaterialsScienceandEngineering．"A[J]，1996，3结论213(1—2、：10311采用电子束焊接技术焊接了50mm厚TC4．DT【2]ArrietaAJ，StrizAGStructMultidiscOptim[J]，2005，30：155钛合金板，焊缝成形良好，焊缝形状呈丁形。母材显【3]FangWeiping(房卫萍)eta1．JournalofMaterialsEngineering微组织为等轴状初生口相和层片状()所组成的典型(材料工程)[J]，2010(9)：95双态组

8、织。【4]SareshN，Pillai