论文部分内容阅读
微束等离子熔焊自上世纪50年代产生以来越来越多的受到人们重视，其具有焊接电流小、能量密度高、热输入小、电弧挺度高、电弧稳定等特点。与电子束焊、激光焊相比具有生产成本低、设备简单、易于控制的优点。随着现代技术的发展，对材料表面性能和材料精密焊接的要求越来越高。因此，采用微束等离子熔焊工艺实现涂层的制备和薄细材料的焊接成为众多研究对象。本文采用LHM-50精密微束等离子焊机在钛合金表面制备钛基复合材料涂层和焊接钛合金薄板，并对复合材料涂层和焊接接头的组织和性能进行研究，分析不同熔焊电流对其的影响。利用金相显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）观察组织形貌、X-射线衍射仪（XRD）分析相组成、能谱分析仪（EDS）分析成分，维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机和拉伸试验机测试性能。结果表明，优化后的微束等离子熔焊工艺参数成功制备了原位合成TiC增强钛基复合材料涂层和实现不同厚度TC4钛合金薄板的单面焊双面成形。涂层主要由TiC、α-Ti和β-Ti构成，随着Cr3C2含量增加涂层基体由α-Ti和β-Ti的双相组织完全转变为β-Ti组织，Cr3C2含量等于5%时产生共晶TiC增强相，呈片状和颗粒状，大于10%时产生初生TiC增强相，呈枝晶、短棒和颗粒状，并且TiC增强相随熔焊电流增大而结构粗大。涂层硬度随着Cr3C2含量增加而增加，20%时达到最大平均硬度1200HV，为基体的3.5倍。由于摩擦过程中TiC颗粒剥落参与的二次磨损，含有15%和20%Cr3C2的涂层平均摩擦系数较基体增大。比较不同成分涂层平均摩擦系数和磨损形貌分析发现，含有10%Cr3C2的涂层抗磨损性能最佳。TC4薄板焊缝组织均为大β晶粒内部定向分布着针状马氏体组织，随电流增加针状马氏体宽度、长度均和混乱度增加，同时β晶粒尺寸也变大。焊缝的平均硬度值约为420HV，高出基材约80HV，硬度在熔合线附近达到最大值。三种接头的抗拉强度为基材的95%，拉伸断裂于热影响区，断口形貌为准解理断裂形貌，断裂方式为脆性穿晶断裂。在该实验条件下，采用微束等离子熔焊工艺制备钛基复合材料涂层的主要工艺参数为，熔焊电流30A、离子气0.5L/min、熔焊速度1mm/s。熔焊0.5、0.8、1.0mm厚的TC4钛合金薄板的主要工艺参数为，熔焊电流15、22、28A；离子气0.5～0.6、0.6～0.7、0.7～0.8L/min；熔焊速度3、2.5、2.3mm/s。