GH3230合金TLP扩散连接动力学实验研究

过渡液相(TLP)扩散连接能够获得与母材组织性能相似的焊缝,因而成为航空发动机热端部件镍基高温合金结构的重要连接技术而被广泛应用。TLP扩散连接过程中液相的等温凝固形成不含析出物的固溶体组织是TLP扩散连接机制与过程动力学的核心环节,采用自行研制的镍基非晶态中间层针对GH3230合金的TLP扩散连接过程进行了研究试验,重点分析了不同连接时间条件下TLP扩散连接焊缝区域的元素扩散和分布特征,以中间层中Co元素为示踪原子,根据GH3230合金与中间层材料中的Co元素的含量分布状态判定等温凝固阶段前的液相最大宽度及等温凝固完成时间等重要参数,结果表明:液相最大宽度为72μm,GH3230合金在1180℃的焊接温度下TLP扩散连接等温凝固完成时间大于4 h。

航空发动机叶片抛光技术现状及发展趋势

叶片最终成形一直是航空发动机制造中的瓶颈技术,叶片自动化抛光技术研究可以解决国内叶片主要依靠手工抛光所带来的一系列问题。本文对砂轮磨削、砂带磨削的工艺特点进行了介绍,并结合国内外抛光技术现状,针对叶片抛光的技术难点,总结出了叶片抛光技术的发展趋势,给叶片抛光技术从业人员指出了一个研究方向。

异质钛合金线性摩擦焊接接头拉伸过程数值模拟研究

基于线性摩擦焊(LFW)接头的组织特征及其材料性能,探索接头分区建模方法,采用有限元技术实现了TC11/TC17异质钛合金LFW接头拉伸过程的数值模拟,揭示了接头拉伸过程中不同焊接区的应力应变演变规律,预测了接头的力学性能和断裂位置。结果表明,在2000 N均布的拉伸加载条件下,可计算预测出TC11/TC17异质钛合金LFW接头的屈服强度、抗拉强度分别为1045、1082 MPa,与实际测量值的误差小于2.5%。拉伸过程中接头在焊核区边缘存在应力峰值。在TC11母材区距焊缝中心24.2 mm位置存在应力和应变集中,应力集中区的应力值在1057 MPa以上,应变最高可达18.52%。该位置出现了颈缩现象,表明TC11/TC17异质钛合金LFW接头在该位置发生断裂。

TC17钛合金线性摩擦焊接头内部残余应力测试分析

为掌握TC17钛合金线性摩擦焊接头内部残余应力分布规律,采用轮廓法对TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接头进行了残余应力测试,分析了接头内部沿振动方向(试样宽度方向,x向)应力以及沿顶锻方向(试样长度方向,y向)应力的分布规律。结果表明:x向应力在焊缝区域为拉应力,沿顶锻方向呈双峰分布,即焊缝两侧区域的应力高于焊缝中心,拉应力峰值位于距离焊缝中心2~3 mm位置处,约360 MPa,拉应力区域宽度达到30 mm。在焊缝中心截面上,y向应力在整个厚度上为拉应力,且上、下表层应力小于厚度中心位置;距试样宽度中心两侧27 mm区域的应力为拉应力,边缘区域的为压应力。

TC4钛合金激光自熔焊焊接组织及性能

【目的】该文旨在研究焊接接头各个区域的组织特征、显微硬度及力学性能,以实现钛合金高效高质量焊接。【方法】以3 mm厚TC4钛合金为试验材料,采用YAG激光焊接方法进行了对接试验。【结果】结果表明,激光焊接TC4钛合金能够获得了成形良好的焊接接头,无裂纹及气孔等缺陷。焊缝组织为典型的网篮组织,由大量的αʹ马氏体相和少量的高温残留β相构成,热影响区为交错排布的针状αʹ马氏体。焊接接头的显微硬度呈驼峰分布,从母材到热影响区逐渐增加,焊缝内部区域的平均硬度约为385 HV,均大于母材(约为360 HV),这是由于在热循环作用下,焊缝凝固时发生了马氏体转变,β相向针状αʹ相转变所致。焊接接头断裂位置位于母材区域,断口形貌均呈现大小不一的等轴性韧窝形貌,为韧性断裂模式。弯曲测试和冲击测试表明,焊接接头具有良好的塑性和韧性。【结论】综上可知,激光焊接TC4钛合金能够获得良好的焊缝成形,可在相关工程中推广应用。

近β型钛合金线性摩擦焊接头变形行为及组织演变的热物理模拟

为了更好地理解近β型钛合金线性摩擦焊(LFW)接头的界面连接行为,采用热压缩物理模拟的方法,以TB2近β型钛合金为研究材料,设计符合LFW工艺特点的帽形热压缩试样,在不同下压量、变形温度及应变速率条件下进行热压缩试验,研究热压缩接头的变形行为及组织演变。结果表明,热压缩过程中热压缩接头连接区(BZ)的峰值剪切应力随变形温度的降低及应变速率的增加而增大,接头BZ的宽度随变形温度和应变速率的增加而减小。接头BZ边缘由沿剪切方向变形的晶粒组成,接头BZ中心由细小的等轴再结晶晶粒组成。接头的动态再结晶机制为连续动态再结晶(CDRX),且CDRX的程度随下压量、变形温度及应变速率的增加而增大。此外,在界面剪切力的作用下接头BZ边缘形成{112}[111]织构,接头BZ中心形成{110}[001]织构。

焊后热处理对TC11钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

焊后热处理可以改善线性摩擦焊接头的组织与性能。对TC11钛合金线性摩擦焊接头进行双重退火(950+530)℃处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜等微观分析技术研究双重退火对焊接接头组织的影响。结果表明:热处理后接头焊缝区的动态再结晶晶粒完全消失,被粗针状、条状和球状α相取代。热力影响区组织变形程度减小,晶粒长大,部分α组织球化。母材中次生α相长大,呈粗针及短棒状。接头焊缝区及热力影响区的晶粒取向在热处理后更加随机,择优取向明显降低。力学性能测试表明,焊后双重退火处理消除接头中心高硬度区,接头中心硬度较焊态接头硬度下降约50HV,热力影响区硬度较焊态接头硬度上升约30HV;焊后热处理对接头拉伸强度没有显著影响;热处理后接头冲击韧性达到61.3 J·cm^(-2),相比焊态提高约80%,与母材的冲击韧性接近。

摩擦压力对Ti17钛合金线性摩擦焊接头组织的影响

以40、80和100 MPa三种摩擦压力进行了Ti17钛合金的线性摩擦焊接试验,采用光学显微镜及扫描电镜(配有电子背散射衍射系统)对接头的组织进行了表征。结果表明:随摩擦压力增大,接头焊缝宽度明显减小,热力影响区变形程度增大。当摩擦压力为40 MPa时,焊接过程中焊缝温度处于α+β两相区,焊缝仍含有初生α相;当摩擦压力为80 MPa时,焊缝温度完全超过了β转变温度,完全由亚稳β相组成;当摩擦压力为100 MPa时,焊缝温度低于摩擦压力为40 MPa接头的,初生α相的含量高于摩擦压力为40MPa接头的。不同温区下三个接头的焊缝均发生了连续动态再结晶,40、100 MPa接头焊缝的再结晶晶粒较为细小,80 MPa接头焊缝中的再结晶晶粒取向最为集中。

刷式密封结构GH4169+Haynes214电子束焊接组织及密封性能研究

为了发展航空用先进的柔性密封技术,采用电子束焊接对GH4169+Haynes214刷丝进行了刷式密封结构的研制,研究了不同的焊接工艺对焊缝成形规律的影响,焊接接头的组织特征、显微硬度及密封性能。结果表明,采用电子束焊接技术能够获得成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头。焊缝组织为横向短枝晶、长主轴的树枝状晶,主要是由γ相、γ’相及γ’’相(Ni3Nb)构成,在横向枝晶间形成共晶组织(γ+Laves)。熔合线区的碳化物在热循环下发生了长大,在晶界上团聚。焊接接头的显微硬度呈近似对称分布,焊缝区域的平均硬度约435HV,小于GH4169母材(约540HV),由于焊缝区域主要为Haynes214,其Ni和Al的含量高,在焊缝凝固时Haynes214与GH4169的合金元素发生了混合,凝固后的焊缝组织差异引起显微硬度变化。刷式密封结构常温(20℃)和高温(403℃)的泄漏率均小于20 g/s。常温(20℃)下泄漏系数稳定在0.006附近,小于预期泄漏系数0.007,当加温到403℃条件时,随着压力升高泄漏系数逐渐升高,最终稳定在0.004左右,表明刷式密封结构具有优越的密封性能,可在航空航天发动机上推广应用。

TC21钛合金线性摩擦焊接头组织特征研究

选用TC21损伤容限型钛合金开展了线性摩擦焊接(LFW)试验研究。利用光学显微镜和扫描电镜观察并分析了接头组织特征与形成机制,利用显微硬度计测试了接头的显微硬度分布。结果表明,TC21钛合金因网篮组织抗变形能力较高,形成与双态钛合金差异较大的LFW接头组织。热力影响区(TMAZ)宽度很窄,约450μm,仅在近焊缝(WZ)区域的TMAZ,棒状α沿摩擦方向被拉长变形呈现流线形貌,且形成明显的热影响区(HAZ)。HAZ受热影响发生次生α分解;TMAZ受梯度热-力影响发生不同程度变形,次生α分解,二次α逐渐析出并长大;WZ发生了动态再结晶形成细晶,晶内析出大量针状α’及细小二次α。从BM→HAZ→TMAZ→WZ,显微硬度值先降低后升高,整体接头呈“W”形分布。

线性摩擦焊接头形成过程及机理

分析了异质钛合金线性摩擦焊接头焊合线近域组织结构,结合飞边形貌及组织特点,探讨了线性摩擦焊接头的形成机理。结果表明,在线性摩擦焊接过程中摩擦界面温度超过钛合金基体材料相变点,焊后摩擦界面两侧均有高温塑性层残留并发生再结晶,焊缝区为完全再结晶组织,TC11侧焊缝区为细小针状组织,TC17侧焊缝区为亚稳态β组织。异质钛合金线性摩擦接头形成机理研究表明,在线性摩擦焊接过程中以及焊后摩擦界面始终存在,界面两侧的高温黏塑性金属没有发生机械混合,界面两侧原子发生了扩散迁移现象,在接头结合界面处形成扩散过渡区。摩擦焊通过扩散与再结晶的共同作用形成焊接接头。

Ti600/TC17钛合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能研究

采用惯性摩擦焊方法对TC17和Ti600钛合金进行了连接,着重分析接头焊态和热处理条件下的组织特征与力学性能。接头焊态TC17一侧:在热力影响区原始β晶粒发生破碎,晶界以及晶内α相扭曲变形;在再结晶区β晶粒发生动态再结晶形成细小的等轴晶粒,晶内为亚稳态的β相;接头Ti600一侧:在热力影响区片层组织随着金属流动发生变形;在再结晶区,α片层团簇发生再结晶形成大量细小的α片层团簇片层。经过热处理后,TC17钛合金一侧亚稳态β相析出细小的层片状α相,Ti600钛合金一侧层状α相长大,但是不明显。热处理使接头的显微硬度升高,TC17钛合金焊缝一侧显微硬度增加明显。接头抗拉强度与Ti600母材相当,断裂发生在Ti600钛合金一侧,断口为典型的杯锥状断口。

热处理对Ti2AlNb线性摩擦焊接头组织与硬度的影响

对Ti2AlNb合金进行了线性摩擦焊试验以及焊后热处理研究.着重分析了Ti2AlNb合金线性摩擦焊接头焊合区,热力影响区的显微组织特点以及组织演变规律,结合焊后热处理,探讨了热处理温度对接头的影响规律.试验结果表明,采用线性摩擦焊可实现Ti2AlNb合金可靠连接,接头无微裂纹、孔洞等缺陷.焊态Ti2AlNb合金接头的焊合区为亚稳态β组织和极少量的变形α2相,热力影响区含变形α2相和O相,以及亚稳态β相.热处理后,针状O相在亚稳态β相中析出,并随着热处理温度升高(从700~900℃)而长大. 700℃热处理后,接头显微硬度明显升高,但随着热处理温度的升高,显微硬度下降.

K417G合金焊接修复用高温合金粉末设计与工艺

航空发动机涡轮导向叶片在服役过程中形成的裂纹可以采用钎焊粉末冶金修复技术进行修复,针对低压涡轮导向叶片材料和结构特点,设计了K417G合金修复所需的不同成分的粉末填充材料,测试了不同粉末粒度配比的振实密度值,采用金相法、压汞法评估了不同烧结条件下粉末烧结体的孔隙率、平均孔径、中值孔径、最可几孔径等烧结体性能值,优选了粉末填充材料,在此基础上开展了钎焊粉末冶金修复工艺研究,分析测试了钎焊粉末冶金修复接头冶金组织.结果表明,接头成形良好,焊料润湿铺展充分,接头致密饱满,无明显焊接缺陷.

铌合金及其蜂窝钎焊界面组织与力学性能分析

采用Ti基、Ni基和Nb基三种钎料进行了铌合金板板真空钎焊和铌合金蜂窝真空钎焊试验。采用光学显微镜、扫描电镜分析了铌合金板板钎焊界面和蜂窝钎焊界面组织特征,采用能谱仪分析了钎焊界面物相成分,采用EBSD方法分析了钎焊界面物相分布,并对铌合金板板钎焊复合板和蜂窝钎焊结构的力学性能进行了测试。结果表明:铌合金板板钎焊时,Ti基钎料钎焊界面由固溶体Nb和(Ti,Zr)-(Ni,Cu)化合物组成,Nb基钎料钎焊界面由Co-Nb化合物、Nb的固溶体和Co-Ti化合物组成,而Ni基钎料钎焊时,钎料与铌合金母材扩散反应较弱,钎焊界面主要为凝固钎料,且Ni与Nb的高温线膨胀系数差异较大,钎焊界面存在因热应力带来的微裂纹问题;铌合金蜂窝钎焊时,Ti基钎料在铌合金蜂窝箔材表面润湿铺展性能较差导致钎焊界面钎角欠佳及钎焊界面焊合质量较差;Ni基钎料钎焊时,随着钎焊保温时间的延长,存在钎焊界面溶蚀问题导致钎焊界面焊合质量下降。在保温时间30 min时,Ni基钎料和Nb基钎料钎焊后的铌合金蜂窝界面焊合质量较好;Ni基钎料钎焊蜂窝因界面存在微裂纹,导致钎焊界面强度下降,Nb基钎料钎焊蜂窝力学性能最佳,蜂窝拉脱强度达到7.96 MPa。

TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头相组成及织构分析

利用电子背散射衍射技术对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头测试并分析,对接头各区域进行相鉴定和织构分析.结果表明,与母材相比,焊态接头两侧热力影响区α相减少,β相增多.由于焊缝区冷却迅速快,焊态焊缝处发生动态再结晶,生成了大量的亚稳定β相晶粒.TC17(β)侧母材及热力影响区的织构分布密度比TC17(α+β)侧强,且焊态焊缝区产生(546)[1¯3¯3]织构,轧面与(111)近似平行.经过610℃热处理后,焊缝区亚稳定β相发生分解,形成细小的次生α相和β相.与焊态焊缝相比,热处理后焊缝区晶体稍有转动,焊缝区织构强度较焊态有较大增强,形成(557)[¯1¯1¯1¯720]织构.热处理前后的焊缝区晶体取向都存在着ND方向与[111]靠近,轧面与(111)接近平行的择优取向.

粉末高温合金FGH96惯性摩擦焊接头室温疲劳裂纹扩展速率测试与分析

FGH96是采用损伤容限设计思想研制的新型粉末高温合金,是满足高推比、高燃效发动机使用要求的涡轮盘、环形件和其他热端部件的理想材料。FGH96惯性摩擦焊接头的细晶组织对裂纹扩展的阻碍作用使得其裂纹扩展速率小于母材。母材和接头断裂路径均为穿晶断裂。

6061铝合金搅拌摩擦增材堆焊工艺研究

采用搅拌摩擦增材制造技术进行A6061铝合金表面堆焊工艺试验。采用光学显微镜和扫描电镜观察堆焊层的晶粒组织形貌,分析工艺参数对堆焊层形状尺寸和晶粒尺寸的影响,并进行拉伸性能测试。结果表明:在其他工艺参数不变的情况下,金属棒料的旋转速度为338 r/min,送料速率为440 mm/min,刀具底部与金属底板表面的间隙为2.8 mm时,热塑变材料在长度方向的堆焊铺展效率最高;堆焊层的晶粒尺寸随着送料速率逐渐增加,表现为先显著减小而后逐渐趋缓;堆焊层的晶粒尺寸随着金属棒料旋转速度增加而增加;堆焊层各区域中的晶粒尺寸大小排列顺序为:中心>上方>下方;堆焊层材料的抗拉强度和屈服强度均略高于锻件材料,两者的延伸率则基本相当,堆焊层拉伸断口为典型延性断裂形貌。

IC10合金TLP扩散焊接头拉伸性能研究

TLP扩散焊技术是IC10合金涡轮导向器叶片关键制造工艺之一,TLP扩散焊接头性能直接影响着IC10合金涡轮导向器叶片的使用性能。钎焊工序是继TLP扩散焊工序之后叶片的又一制造工艺,TLP扩散焊对接接头性能及经历了钎焊工序的TLP扩散焊接头性能如何,是文中研究的重点内容。研究发现:IC10合金TLP扩散焊接头性能优良,对接接头横向室温屈服强度R_(p0.2)达到母材相应强度的98%,对接接头纵向室温屈服强度R_(p0.2)达到母材相应强度的89%;IC10合金TLP扩散焊对接接头横向高温抗拉强度达到母材相应强度的99%,对接接头纵向高温抗拉强度达到母材相应强度的98.6%。经历了钎焊循环的TLP扩散焊接头室温和高温拉伸强度均没有明显降低,与TLP扩散焊接头性能相当。

活性焊剂和热处理对TC17钛合金TIG焊接头组织和性能的影响分析

为了探明焊后热处理过程和焊前涂覆活性剂对TC17钛合金TIG焊接接头性能的影响,对不同状态的焊接接头进行了拉伸试验和硬度测试,并采用光学显微镜和扫描电镜观察焊接接头组织和拉伸断口形貌。结果表明,焊前涂覆活性剂可以有效防止焊缝出现气孔缺陷,降低焊接热输入,减少热影响区晶粒粗化倾向,同时减少焊接热影响区晶粒在宽度方向的不均匀性。焊后热处理使焊接接头Sn、Zr等元素扩散均匀,接头组织得到显著强化。对TC17板材,焊前涂覆活性剂,并且进行焊后热处理,可以获得良好的接头组织和性能。