厚板鈦及鈦合金電子束焊接頭組織與性能的研究.pdf

1、鈦及鈦合金因其密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好及焊接性好等優(yōu)異的綜合性能，被廣泛用于核潛艇耐壓殼體、管路系統(tǒng)件等船用結(jié)構(gòu)件的制造中。船用結(jié)構(gòu)件多為大厚度焊接件，隨著我國海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略規(guī)劃的提出，船用大厚度焊接件的需求量不斷增加，厚板鈦合金的焊接問題引起了廣泛關(guān)注。真空電子束焊具有熱源功率密度高、能量集中、變形小及可焊厚度范圍寬等一系列優(yōu)點，可以避免傳統(tǒng)的焊接方法在焊接厚板鈦合金時所產(chǎn)生的缺陷，獲得性能良好的接頭。
　　本課題分別對厚度3

2、0mm純鈦(TA1)及100mmTC4鈦合金大厚板進(jìn)行了電子束焊(EBW)，并對接頭進(jìn)行了不同工藝的焊后熱處理試驗。研究了熱處理前后厚度30mmTA1及100mmTC4電子束焊接接頭橫截面不同深度處顯微組織、顯微硬度的變化特點，測試了接頭橫截面不同深度處室溫下的拉伸性能、沖擊性能。采用掃描電子顯微鏡(SEM)對接頭斷口形貌進(jìn)行了觀察并分析顯微組織對斷裂機(jī)制的影響。
　　厚度30mmTA1電子束焊接接頭組織由母材區(qū)等軸α到焊縫區(qū)粗大

3、α柱狀晶+鋸齒狀α+針狀α'組織過渡。焊縫區(qū)針狀α'使得接頭硬度、強(qiáng)度變高，強(qiáng)度最高增幅為5.2％;韌塑性變差，降低幅度在10.7％～19.3％，接頭上部和底部的強(qiáng)度優(yōu)于中部。接頭經(jīng)過750℃×2h FC熱處理焊縫區(qū)域α'馬氏體數(shù)量增多;850℃×2h FC熱處理焊縫的馬氏體α'發(fā)生碎化生成大量無序、短小的針狀組織。650℃×2h FC熱處理后整體硬度降低，850℃×2h FC熱處理后整體硬度升高，熱影響區(qū)存在軟化現(xiàn)象。TA1接頭經(jīng)過熱

4、處理后接頭橫截面不同深度處的組織性能更加均勻。
　　厚度100mmTC4電子束焊接接頭組織由母材區(qū)的等軸(α+β)相連續(xù)過渡到焊縫區(qū)的針狀α'馬氏體。接頭橫截面不同深度處的硬度和強(qiáng)度均高于母材、伸長率低于母材，接頭伸長率最大降低幅度為30.2％，焊縫的沖擊功低于母材的沖擊功。TC4接頭經(jīng)600℃×2h FC處理焊縫α相得到粗化;850℃×2h FC熱處理焊縫針狀α'馬氏體含量增多。(920℃×2hWC)+(500℃×4h AC)熱

5、處理后焊縫組織為針狀α'馬氏體+原始β晶界;相比于焊件，接頭最大平均抗拉強(qiáng)度增大141MPa，伸長率最多降低了56.5％，焊縫硬度增大60HV，母材硬度增加40HV。不同熱處理后100mm TC4電子束焊接接頭各層性能更加均勻。
　　TA1焊接件、650℃×2h FC及750℃×2h FC熱處理后接頭的拉伸、沖擊斷裂機(jī)制均為韌窩斷裂。850℃×2h FC熱處理后拉伸斷裂機(jī)制為韌窩和準(zhǔn)解離的混合型斷裂，沖擊斷裂機(jī)制為準(zhǔn)解離斷裂。TC