氧化物弥散强化高温合金MGH956的基本焊接性研究

氧化物弥散强化(ODS)高温合金MGH956是机械合金化工艺制造的氧化物弥散强化高温合金,针对MGH956材料采用电子束、氩弧焊、钎焊及扩散处理等连接工艺方法进行了基本的焊接性研究。对接头组织及接头性能进行了测试分析,三种焊接方法室温接头力学性能相当,接头强度系数均达到95%左右,氩弧焊焊缝中的气孔较多,而电子束焊焊缝中气孔相对比较少、室温塑性比较明显。从接头高温强度而言,真空钎焊工艺有明显优势。

MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织与性能研究

对MGH956合金板材的电子束焊和氩弧焊接头组织及其室温～1100℃的拉伸性能进行了研究。采用光学显微镜和扫描电镜对接头组织和拉伸断口的检验结果表明:电子束焊和氩弧焊使母材中原有超细的氧化物弥散强化相明显粗化,接头组织中有更粗大、且取向与母材原始晶粒取向相垂直的晶粒生成,以及不可避免地留有孔洞。组织上的改变导致接头不仅800℃以上的高温强度明显降低,而且低温脆性倾向明显加剧。MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织和拉伸性能表明,电子束焊具有明显的优势,具备工程应用的潜力。

氧化物弥散强化MGH956合金TIG焊缝气孔问题分析

通过X射线探伤和金相分析相结合的方法,对氧化物弥散强化(ODS)合金MGH956的TIG焊接气孔的产生机理、分布、数量及焊接工艺参数的影响进行了研究.结果表明,气孔的产生与ODS合金本身的制造工艺特点、弥散氧化物颗粒和焊缝组织有关;在焊缝的边缘发现许多小泡;焊缝气孔在焊缝两侧的熔合线附近呈链状分布,这是由熔池各部位的特点、焊接接头的组织和温度分布共同作用形成的;调整焊接工艺参数会影响焊缝气孔量的变化,较小的热输入,如小电流、快速度和适合的脉冲频率能在一定程度上减少焊缝气孔量.

微量CO_2对MGH956合金超声电弧TIG焊的影响

对MGH956合金进行超声电弧TIG焊接,在纯氩气保护中添加一定比例的CO2,通过对比在保护气体中添加0.5%的CO2前后焊缝组织和接头性能的变化,分析了在超声电弧的基础上微量CO2对焊缝组织及接头性能的作用机制及影响规律.结果表明,施加超声电弧后,焊缝晶粒变小,气孔变少,焊缝的抗拉强度有所提高;在施加超声电弧的基础上,在纯氩气中加入0.5%的CO2,焊缝中心晶粒呈细小等轴晶,且分布均匀,接头的抗拉强度明显提高,并实现了接头断裂方式由脆性断裂转化为韧性断裂.此外在纯氩气中加入0.5%的CO2后,焊缝的硬度增加,接头的综合性能得到了提高.

铁基MGH956高温合金抗高温氧化性能的研究

研究了MGH956高温合金1000～1300℃的氧化行为。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射对氧化膜的形貌、组成进行了分析。结果表明:MGH956高温合金具有非常突出的抗高温氧化性能,1300℃仍能达到完全抗氧化,且没有发生内氧化。氧化膜的基体氧化物是α-Al2O3,与合金基体连接十分紧密,且连续、致密,晶粒非常细小,有一定塑性,是合金具有优异抗高温氧化能力的主要原因。

超声电弧激励电流对MGH956合金TIG焊缝气孔和拉伸性能的影响

通过高频调制TIG焊电弧激发超声电弧,对MGH956合金进行TIG焊接,对比了在不同激励电流作用下焊缝的气孔数量和性能的变化,分析了超声电弧的作用机制.结果表明,与未施加超声电弧相比,在激励电流为5 A或10 A时,焊缝气孔明显长大,但数量并没有减少,在激励电流提高到20 A或30 A后,气孔数量急剧减少;超声电弧的引入,使焊接接头的抗拉强度得到提高,且在激励电流为20 A时,焊缝的抗拉强度达到最大为550 MPa,达到母材的76%,同时接头由完全的脆性断裂变成脆性-韧性混合断裂形式.

MGH956合金冷轧薄板的高温再结晶行为研究

研究了MGH956合金冷轧薄板在高温(1300℃)热处理中的再结晶过程和晶粒组织发展演化的情况,认为MGH956合金冷轧薄板在1300℃高温热处理过程中会发生再结晶,高度变形的超细晶组织最终演变成为粗大的盘状晶粒组织;并且这种再结晶过程应该属于一次再结晶的范畴,而并非二次再结晶过程;再结晶过程结束后,继续延长热处理时间,晶粒组织不发生明显的变化。

Y_2O_3对MGH956合金的TIG焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊对1.3mm厚的MGH956合金进行原位合金化焊接,对比研究了未添加,添加质量分数为2%,4%和6%的Y2O3对焊缝显微组织及力学性能的影响。结果表明:添加Y2O3后的焊缝组织以等轴晶为主,焊缝晶粒细小均匀,没有明显的金属氧化物聚集现象,并且有新的增强相颗粒析出。Y2O3的添加不仅细化了晶粒,还提高了接头的显微硬度和抗拉强度,从而改善了焊接接头的力学性能。Y2O3添加量为4%时接头抗拉强度最高,平均抗拉强度为605MPa,达到母材的84%。

MGH956合金超声电弧TIG焊电弧形态及焊缝形貌的研究

利用高速摄像机对超声电弧TIG焊接的电弧形态进行观察测量,并以MGH956合金为材料研究600W超声电弧TIG焊接下,超声电弧对焊缝尺寸变化及对气孔量的影响。实验结果表明,在超声频率为20、50和60kHz时的电弧出现了明显的收缩,而超声频率为30kHz时,电弧出现了扩展,超声频率对电弧形态具有非线性的影响,这主要与电弧等离子体收缩和电弧的声磁共振现象有关;焊缝宽度和熔化面积的变化与电弧尺寸的变化规律保持一致;600 W超声电弧在一定程度上可以去除焊缝中的气孔,但因超声功率较小,除气效果有限。

激励电流对MGH956合金超声电弧TIG焊接头性能的影响

通过外加激励源方式对TIG焊电弧进行高频调制从而激发出超声电弧,以自制的焊料作为填充材料,在不同激励电流下对MGH956合金进行超声电弧TIG焊,研究了超声电弧对焊缝气孔分布、微观组织和接头性能的影响.结果表明:随着激励电流的增大,焊缝中的气孔尺寸发生了明显变化,气孔数量也较为减少;超声电弧能够打断或者细化熔合线附近粗大的柱状晶的生长;超声电弧对焊缝区晶粒有细化的作用,在一定的范围内,随着激励电流增大,晶粒变得更加细小,但激励电流增大到30 A时,过大的热输入量反而使得晶粒过分粗化.比较拉伸试验结果表明:在施加激励电流为23 A的超声电弧时,接头抗拉强度最大,为623 MPa,达到了母材强度的86.5%.

MGH956合金TIG焊原位合金化对其组织性能的影响

采用TIG焊对氧化物弥散强化(ODS)高温合金MGH956进行原位合金化焊接.在相同的焊接条件下,填加两种不同的填充材料:与母材化学成分相似的基体填充材料,以及在基体填充材料基础上加入了合金元素Al和Fe2O3的Al-Fe2O3填充材料.通过对比分析两组试样在焊接过程中发生的原位合金化反应机理,及其对焊缝微观组织和力学性能的影响,研究原位合金化反应对ODS合金TIG焊接头组织与性能的影响.结果表明:在填充材料中加入Al和Fe2O3合金元素时,焊缝处的气孔数量明显减少,气孔尺寸也较为减小;焊缝中原位生成了新的增强相颗粒Al2O3、TiC以及YAlO3,同时,基体中的纳米级增强相Al-Y复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验结果表明,填加Al-Fe2O3填充材料时焊缝显微硬度值明显提高,接头抗拉强度达到了578 MPa,为母材强度的80.3%.

电弧超声激励频率对MGH956合金TIG焊接头的影响

为减少MGH956合金熔焊焊缝内的气孔量,利用高频调制TIG电弧激发超声电弧作用于MGH956合金的焊接,通过对比不同激励频率对焊缝气孔及性能的影响,分析了电弧超声激励频率对焊缝气孔及性能的作用机制及影响规律.运用理论计算的方法对焊缝中气孔的运动进行数学分析,理论计算结果与试验结果相一致.控制激励电流在15 A的条件下,激励频率为30 kHz时,焊缝的气孔量最少,且焊接接头强度达到最高,为521 MPa,达到母材的72%.实现了焊接接头断裂方式由脆性断裂转化为韧-脆混合断裂方式.

La_2O_3对MGH956合金TIG焊焊缝组织和性能的影响

为了研究La2O3对焊缝组织和性能的影响,分别以未填加、填加2%和4%La2O3的填充材料对MGH956合金进行TIG焊接,应用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对焊缝的微观组织和拉伸断口进行观察,同时测试焊缝的抗拉强度.结果表明,适当提高La2O3含量,可以使焊缝晶粒得到细化,填加2%La2O3的焊缝晶粒最细小均匀,焊缝中的颗粒相增多且分布均匀,强化机制是由细晶强化和Orowan强化共同作用,但当La2O3加入量达到4%时,发现颗粒相有团聚现象,强化主要由位错塞积引起.填加2%La2O3的焊缝抗拉强度最大,为628 MPa,拉伸断口为韧—脆混合断裂.

镍基合金中间层TLP连接MGH956合金接头组织分析

分析了采用KNi9镍基合金中间层TLP连接MGH956合金时焊接接头组织、成分、相组成与连接工艺的关系;概述了焊接缺陷形成机理,并优化了工艺参数。研究结果表明:在连接温度T为1240℃,保温时间t为480min条件下能够形成连续的焊接接头。

激励电流对MGH956合金原位合金化TIG焊接头性能的影响

通过高频调制TIG焊电弧激发超声,以自制焊料作为填充材料,在不同激励电流下对MGH956合金进行超声电弧原位合金化TIG焊接,研究了超声电弧对焊缝气孔分布、微观组织和接头性能的影响。结果表明:在激励电流为10A时,焊缝气孔尺寸明显变大,但数量减少,焊缝晶粒粗大;当激励电流提高到20A时,气孔数量急剧减少,焊缝晶粒细小均匀,颗粒状增强相弥散分布;激励电流增大到30A时,气孔进一步减少,但晶粒粗化。比较拉伸实验结果表明,激励电流为20A时,接头抗拉强度最高,为626MPa,达到了母材强度的87%,同时接头由沿晶脆性断裂变成韧-脆混合断裂形式。

热处理对MGH956合金TIG原位合金化焊接的焊缝组织的影响

MGH956合金TIG原位合金化焊接后焊缝中合金元素易烧损,强化颗粒易聚集,研究了一种热处理方法对焊缝的组织的影响。焊接填充材料的ωV=2.0%,热处理条件为700℃保温2h后空冷。焊缝热处理后,晶界上的偏聚明显减少,在晶粒内部生成更多的细小弥散分布的颗粒,EDS分析主要为YAlO3、TiC和TiN颗粒,此外还有(Ti,V)C复合颗粒,由于VC比TiC与铁基的润湿角更小,复合颗粒与焊缝基体结合更好。通过原子探针分析,热处理后,焊缝中Y元素的偏聚减少,进而减少焊缝的气孔量,最终提高焊缝的性能。

氧化物弥散强化MGH956合金冷轧板材的再结晶

对氧化物弥散强化MGH956冷轧板材再结晶退火后可形成较为均匀细小和极其粗大两种完全不同晶粒组织状态的再结晶行为进行了研究。采用光学显微镜对冷轧板材在700～1350℃,1～120min等温退火后的组织检验结果显示：这两种晶粒组织状态的再结晶在起始和完成温度、起始形核位置、及长大速率等方面均存在显著差异,表明MGH956冷轧板材的再结晶并非仅以一种,至少可以两种不同的机制形成,并且,这两种机制还可共同发生在同一板材,导致MGH956板材再结晶组织形貌呈多样性,晶粒尺寸出现极为明显的差异。

V对MGH956合金TIG原位合金化焊接接头组织与性能的影响

为改善MGH956合金TIG焊焊缝的组织与性能,采用原位合金化方法对该合金进行TIG焊接。对比不同含量V的填充材料对焊缝组织与性能的影响,并讨论了V的作用机理。OM和SEM结果表明:填充材料中添加不同含量的V后,组织出现了不同程度的细化及均匀化,当wV=1.5%时,晶粒最细、尺寸均匀,同时焊缝中的气孔量有所减少;对焊缝中的颗粒进行物相鉴定可知,除了有YAlO3,TiC和TiN颗粒生成外还有(Ti,V)C复合颗粒生成。由TEM观察显示wV=1.5%时,焊缝内的碳化物颗粒与焊缝基体结合良好,且wV=1.5%时,接头强度最高,并实现了接头断裂方式由完全脆性断裂转变为韧性断裂。

MGH956合金TIG焊接接头组织和性能

分别以自制的高镍焊丝和MGH956合金基体为填充材料,对1.3 mm厚的MGH956合金进行TIG焊接,对比分析两种情况下接头的微观组织及其力学性能.以高镍焊丝作为填充材料进行焊接时,与填加基体相比,焊缝晶粒得到细化,孔洞减少,焊缝中生成了TiC等增强相,保证了焊缝较好的力学性能;同时,基体中的纳米级增强相Al-Y-O复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验表明:填加基体材料的焊缝抗拉强度仅为母材的57%,焊缝出现软化;填加高镍焊丝的焊缝出现硬化,抗拉强度为581 MPa,达到母材强度的80.7%;两种情况下,热影响区硬度与母材相当,接头都表现为脆性断裂.

电弧超声在MGH956合金TIG焊接中的作用

为了改善MGH956合金的熔化焊接头性能,在其焊接过程中引入了电弧超声技术,以自制高Ni固体焊丝为填充材料对MGH956合金进行焊接,并与常规TIG焊进行对比,研究了电弧超声对焊缝组织和性能的影响.结果表明:电弧超声使焊缝组织得到明显细化,气孔数量减少;纳米Y2O3颗粒的聚集现象得到一定控制,且分布更加均匀;颗粒与基体Fe润湿性得以改善,使得两者界面结合良好,接头抗拉强度得到提高,达到615 MPa,同时焊缝的塑性得到明显提高,且使焊接接头由脆性断裂转变为完全韧性断裂.