各向异性激光立体成形GH4169合金电子束焊接头组织与力学性能

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:majiguo1984
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激光立体成形技术可通过同步送粉激光熔覆的方式实现金属构件生产制造,该技术可用于复杂结构件无模具、柔性化、全致密近净成形,也可用于承受高温、大力学载荷金属零件的快速制造。具有各向异性的外延连续生长粗大柱状晶组织是激光立体成形GH4169合金的典型组织特征。本课题针对激光立体成形技术制造GH4169合金具有各向异性的特点,结合目前激光立体成形技术难以生产大型复杂结构件的局限性,提出利用真空电子束焊接技术实现激光立体成形金属构件的连接,以此解决激光立体成形技术制造大型复杂金属零件的难题,并研究了焊缝两侧焊接母材晶体取向差对GH4169合金电子束焊缝组织和力学性能的影响。本课题可为采用激光立体成形技术制备具有择优取向的金属构件进行真空电子束焊接制造大型复杂金属结构件提供理论基础。具体研究工作和主要结论如下:对激光立体成形GH4169合金试样真空电子束焊接头显微组织进行了研究,结果表明,改变真空电子束焊缝两侧母材晶体取向差(0°、45°和90°),可对焊缝组织择优取向和大角晶界含量产生影响,改变焊缝一侧母材晶体取向可使焊缝组织的枝晶生长方向发生一定变化,进而使焊缝组织择优取向发生变化,导致焊缝组织具有不同的织构形态,大角晶界含量也会受织构形态影响产生差异,其中(0°、45°和90°)母材晶体取向差焊缝的大角晶界含量先增多后减少,焊缝塑性变形能力先升高后降低。而对焊接接头进行焊前热处理和焊后热处理(固溶加时效),可改变甚至消除原始组织的择优取向,将粗大的柱状晶转变为尺寸稍小的等轴晶。对不同母材晶体取向差(0°、45°和90°)电子束焊缝进行了力学性能分析,结果表明,(0°、45°和90°)取向差焊接接头的焊缝组织硬度值相似,均在265HV上下浮动,浮动范围不超过25HV,然而各接头焊缝组织中部区域比上部区域的硬度值约高15HV。焊前热处理接头和焊后热处理接头的焊缝组织硬度值相似,均在480HV上下浮动,浮动范围不超过20HV。焊接接头抗拉强度从0°、45°和90°取向差依次降低,分别为721MPa、720.7MPa和702MPa,母材抗拉强度最好,为732.7MPa。焊前热处理试样和焊后热处理试样抗拉强度分别是751MPa和748MPa,均比沉积态试样高。对不同母材晶体取向差(0°、45°和90°)电子束焊缝的变形组织进行了研究,结果表明,各焊接接头的焊缝中心区比焊缝熔合线区的施密特因子含量高,在外加载荷作用下,焊缝中心区组织先变形,焊缝熔合线区组织后变形。对于整个焊接接头而言,不同母材晶体取向差焊缝组织各区域的施密特因子分布状态不同,施密特因子含量高的区域,组织变形程度越大,这决定焊接接头断裂位置,0°、45°和90°取向差的焊接接头断口位置分别为焊缝区,母材区,焊缝区,与施密特因子含量特征相符;(0°、45°和90°)取向差焊缝的变形协调能力、变形均匀性和塑性变形能力均先升高再降低,90°取向差焊缝在各项性能指标中表现最差。而经过焊前热处理和焊后热处理的焊接接头经过抗拉强度测试后,断裂位置都在焊缝区。经过热处理的拉伸试样断前变形量约为沉积态试样的50%。
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