论文部分内容阅读
Ti2Al Nb基合金具有较高的室温强度、高温抗氧化性、断裂韧性等优良性能,是替代Ni基合金的最具前景的材料之一。激光焊接具有能量密度高、精度高、自动化程度高、热影响区小等优势,尤其是在精度和质量要求严格的航空航天领域具有较大的优势。Ti-22Al-25Nb(at.%)合金激光焊接接头室温性能较好,但是高温脆性倾向严重,影响其在高温环境中的应用。本文首先开展2mm厚的Ti-22Al-25Nb合金开展激光焊接试验,发现焊缝成形良好,没有气孔、未熔合等缺陷。焊接接头室温抗拉强度为868.2MPa,延伸率为4.5%,具有良好的室温力学性能,但650℃高温强度为605.1MPa,延伸率仅为2.6%,高温脆性倾向十分严重。热影响区可以分为B2+α2相的近热影响区(near-HAZ)和B2+O+α2相的远热影响区(far-HAZ)。焊缝中心由单一的B2相构成。超高温激光共聚焦试验结果显示,焊缝单一的B2相和晶粒粗大是造成室温性能降低的原因;在高温拉伸过程中B2相晶界处有O相形核长大,使得晶界宽度增加,造成焊接接头的高温脆性。基于第二相强化的理论,添加Ti-6Al-4V合金改变焊缝的组成相。当添加速率在2g/min时,焊缝由单一的B2相组成,添加速率增加到5g/min和10g/min时,焊缝变成B2+针状马氏体α′的双相组织。添加合金的焊接接头的室温性能变化不大,高温抗拉强度为760.3MPa,延伸率为3.3%,第二相缓解了晶界处的应力集中,使得高温性能有所提高。为改善焊缝枝晶偏析现象,向焊缝中添加Ti-22Al-25Nb合金粉末,焊缝相组成仍由单一B2相构成,而热影响区的宽度有所增加,在近热影响区出现了单一B2相区。多层焊焊缝的第一层和第二层晶粒枝晶偏析,由于多层焊的热循环作用得以改善。加入的粉末增加形核质点,使得焊缝中等轴晶数量增加。晶粒尺寸在50~130μm之间,相比激光焊焊缝的晶粒尺寸降低50%。填粉焊的室温抗拉强度达到900.5MPa,延伸率为5.2%,断裂方式为准解理断裂;高温抗拉强度达到780.5MPa左右,延伸率达到5.1%,断裂方式为沿晶断裂。