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Ti-6AI-4V合金电渣焊缝的显微组织和力学
性能
调查指出,大量现有β晶粒尺寸和片层组织α+β微观结构塑性损失的原因。
由S. J. Chen和J.
摘要:50毫米厚的TI-6AI-4V板的结构和熔嘴电渣焊缝的机械性能的评价。在这种合金中,焊缝的抗拉强度与硬度值与基体金属的值相匹配。但是,焊缝的拉伸性能和冲击韧性值大大低于基体金属的值。电渣焊过程的特点是这些延性损失在焊接到大的现有β晶粒尺寸与粗片状α+β结构的高的热输入。
关键词:微观结构;力学性能;电渣焊接;Ti-6AI-4V合金;延展性损失;β层状α/β;拉伸强度;电渣焊;断裂断口分析
晶粒尺寸;
引言:
在α+β的Ti-6AI-4V合金已广泛用于各种结构航空航天和海洋产业,这种合金具有良好的耐腐蚀性能以及良好的结合强度和韧性。然而,厚钛板的应用已经被低效的焊接方法焊接高成本钛的限制。例如,由于其独特的物理性质,不能采用传统的气体保护熔化极电弧焊,药芯焊丝电弧焊或埋弧焊过程。
熔嘴电渣焊(ESW)长期以来被认为是焊接厚型钢和不锈钢板的最具
成本效益的焊接方法。在苏联以外的第一次,熔嘴电渣焊过程已成功地应用于厚钛合金板连接[1?2]。现在可以在厚钛板上的一个单一焊道上以25毫米/分钟的速度进行完全焊透(英寸/分钟)。α+β钛合金,如Ti-6AI-4V的力学性能,在很大程度上取决于它们的间隙元素含量,现有的β晶粒尺寸和微观结构[3?7]。虽然大量的工作已经发表在苏联文学[8?11],但是高的热输入焊接过程的影响,如电渣焊的结构和Ti-6AI-4V合金厚截面的机械性能并没有得到充分的研究。
由于在美国钛合金的电渣焊是新鲜的,通过这个过程的焊缝的显微组织和力学性能还需要进行评估,因此,本文的目的是对冶金的结构和熔嘴电渣焊对α+β在Ti-6AI-4V合金焊缝的机械性能的一个评估。
实验步骤:
在本次调查中使用的材料包括:1)50毫米(2英寸)厚的在β退火条件下的Ti-6AI-4V合金钛板;2)与板的组成物密切配合的填充金属,如表1所示。Ti-6AI-4V填料金属的间隙元素含量比在Ti-6AI-4V板低,-6Al-4V板其与一50毫米厚的底座金属具有相同的化学组成通过坞极气体保护焊焊接在一起。因此,在焊缝金属化学的研究,熔嘴喷嘴被视为基体金属。
表1. 50毫米厚的钛合金板和对应的填充金属的化学成分(质量分数/%)
由于钛的反应性,焊缝间的元素污染在电渣焊中始终是一个问题。在这项研究中,焊缝采用高纯度的CaF2助焊剂(%)和氩保护气体在熔渣中,如图1所示。在参考文献1和表2中给出了这些钛板的
熔嘴电渣焊的最佳条件都在发达国家。相比较而言,Ti-6AI-4V的焊缝的形成与这两个试剂级***化钙通量(%)和高纯度***化钙通量来看在通量纯度上产生的微观结构和性能的影响。(
寸)厚的样品,对焊缝中的焊缝热影响区和基体金属的中部做化学分析。
。
机械性能试验包括拉伸,CVN(夏比冲击)韧性和显微硬度测试,横向焊缝拉伸试样-()每mil-std-418评估焊接接头性能。 mm/s情况下进行()。由于焊缝宽度为50毫米宽(2英寸)的横向焊缝拉伸试样标距长度,%伸长率值(%的EL)和%的面积减少(%的RA)实际上是性能测量的焊缝金属本身。通过抛光和一个含有200毫升的水溶液蚀刻制备金相试样,水溶液包含30克草酸,2毫升的HF,和5克Fe(NO3)3?9H2O。该蚀刻液是用于显示的焊缝晶粒结构,而克罗尔试剂法揭示的是一般结构,此外,也对断口的研究拉伸和冲击韧性的标本进行了扫描电子显微镜(SEM)。
冲击韧性标本也是从焊缝金属和热影响区中提取的。与焊接试样的晶粒结构的蚀刻片对应显示,每个CVN韧性试样的位置可以精确地加工出来的焊缝,如图2所示。宏观腐蚀也允许缺口的精确位置(用拉削方法)在焊缝金属以及焊接热影响区的不同位置。然后将样品加工成最终尺寸根据
ASTM规范E23。在CVN韧性标本在三个不同温度下测试:0°、 25°和100°(32°、77°和212°F).
试样的显微硬度测试取自相同的位置是标本进行横向对焊缝微观结构的研究。用500克()的载荷显微硬度读数均用努氏压头。测量了从焊缝中心相距开始到基体金属的1毫米()。五测量在每个地点横跨焊缝沿50毫米(2英寸)厚度的中间平面的基底金属板。
结果: