Ti2AlNb基合金激光焊接高溫脆性原因與抑制.pdf

1、Ti2AlNb基合金具有較高的室溫強(qiáng)度、高溫抗氧化性、斷裂韌性等優(yōu)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、自動(dòng)化程度高、熱影響區(qū)小等優(yōu)勢(shì)，尤其是在精度和質(zhì)量要求嚴(yán)格的航空航天領(lǐng)域具有較大的優(yōu)勢(shì)。Ti-22Al-25Nb(at.％)合金激光焊接接頭室溫性能較好，但是高溫脆性傾向嚴(yán)重，影響其在高溫環(huán)境中的應(yīng)用。
　　本文首先開展2mm厚的Ti-22Al-25Nb合金開展激光焊接試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊縫成形良

2、好，沒有氣孔、未熔合等缺陷。焊接接頭室溫抗拉強(qiáng)度為868.2MPa，延伸率為4.5%，具有良好的室溫力學(xué)性能，但650℃高溫強(qiáng)度為605.1MPa，延伸率僅為2.6%，高溫脆性傾向十分嚴(yán)重。熱影響區(qū)可以分為 B2+α2相的近熱影響區(qū)（near-HAZ）和B2+O+α2相的遠(yuǎn)熱影響區(qū)（far-HAZ）。焊縫中心由單一的B2相構(gòu)成。超高溫激光共聚焦試驗(yàn)結(jié)果顯示，焊縫單一的B2相和晶粒粗大是造成室溫性能降低的原因；在高溫拉伸過(guò)程中B2相晶界處

3、有O相形核長(zhǎng)大，使得晶界寬度增加，造成焊接接頭的高溫脆性。
　　基于第二相強(qiáng)化的理論，添加Ti-6Al-4V合金改變焊縫的組成相。當(dāng)添加速率在2g/min時(shí)，焊縫由單一的B2相組成，添加速率增加到5g/min和10g/min時(shí)，焊縫變成B2+針狀馬氏體α′的雙相組織。添加合金的焊接接頭的室溫性能變化不大，高溫抗拉強(qiáng)度為760.3MPa，延伸率為3.3%，第二相緩解了晶界處的應(yīng)力集中，使得高溫性能有所提高。
　　為改善焊縫枝晶

4、偏析現(xiàn)象，向焊縫中添加Ti-22Al-25Nb合金粉末，焊縫相組成仍由單一 B2相構(gòu)成，而熱影響區(qū)的寬度有所增加，在近熱影響區(qū)出現(xiàn)了單一B2相區(qū)。多層焊焊縫的第一層和第二層晶粒枝晶偏析，由于多層焊的熱循環(huán)作用得以改善。加入的粉末增加形核質(zhì)點(diǎn)，使得焊縫中等軸晶數(shù)量增加。晶粒尺寸在50～130μm之間，相比激光焊焊縫的晶粒尺寸降低50%。填粉焊的室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到900.5MPa，延伸率為5.2%，斷裂方式為準(zhǔn)解理斷裂；高溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到780