BTi-62421s合金板钨极氩弧焊接头组织性能研究

作者:彭小敏;孙玮;夏长清 刊名:矿冶工程 上传者:黄曾华

【摘要】研究了焊前热处理、焊接工艺及焊后热处理对BTi-62421s板材钨极氩弧焊接头组织性能的影响。结果表明:BTi-62421s合金板材钨极氩弧焊较佳焊接工艺为:焊接电流110 A,焊接速度5 mm/s,主喷嘴氩气流量20 L/min,拖罩氩气流量12 L/min,单面焊接,此工艺下双重退火态BTi-62421s合金焊接接头抗拉强度σb为1 033 MPa,为母材的96.5%,延伸率δ为5.5%,为母材的38.5%;焊缝组织为针状马氏体,热影响区组织为初生α组织、β转变组织和针状马氏体组织;合金焊前双重退火和去应力退火对焊缝组织组成影响有限,但双重退火有助于焊接接头塑性的提高;焊后热处理促进合金接头α'→α+β相转变,有利于焊接接头塑性的提高,较佳焊后热处理工艺为700℃/2 h,空冷,此工艺下双重退火态BTi-62421s合金焊接接头延伸率δ为7.1%,为母材延伸率的49.5%。

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钛及钛合金因密度小、比强度高、耐蚀性强、中低温性能稳定、无磁性、生物相容性好等优良性能,在航空、航天、船舶、电子、兵器、石油、化工和生物医学等军民用领域得到广泛应用[1-3]。随着钛及钛合金的应用领域的扩展,对其性能提出了越来越苛刻的要求,尤其是在航空、航天和兵器领域。因此,新型钛合金的研究朝着提高强度和耐损伤容限方向发展,既要求钛合金具有良好的室温、高温强度,同时具有良好的热强度(高温抗蠕变和抗持久强度)[4]。目前,国内外主要高温钛合金体系大多为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近钛合金基础上发展起来的,其使用温度都在600以下。近年来各国正在抓紧研究突破600工作温度的高温钛合金。目前国内600高温钛合金研究对象主要是Ti60和Ti600,国外俄罗斯较为成熟的为BT-18、BT18y及BT36,英国的IMI-834,美国的Ti-1100等[4-7]。BTi-62421s为宝鸡钛业股份有限公司研制的一种新型近高温高强度钛合金,其(+)/相变点约为1000,其使用温度在550以上,在航空、航天及兵器领域有较好的应用前景[8]。目前关于BTi-62421s钛合金的报道主要集中在合金热处理工艺[4]、热成型性能、超塑性成形[8-10]的研究,而关于该合金的焊接工艺及焊接性能方面的研究很少,目前仅有关于该合金激光焊[11-12]、滚焊工艺[11]的研究。钨极氩弧焊(TIG焊)因其熔池可见性好,电弧燃烧稳定,飞溅少,焊缝成形美观,操作方便,没有熔渣或熔渣少,焊后无需去渣,可焊绝大部分金属及合金等众多优点,在有色金属的焊接方面得到了广泛应用[13-14]。目前,关于BTi-62421s高温钛合金钨极氩弧焊方面的研究尚未见报道。本文基于前期研究工作[15],利用钨极氩弧焊对BTi-62421s高温钛合金板材进行焊接,并对其焊接接头组织性能进行研究,为BTi-62421s合金的应用提供一定的理论和实践基础。1实验本实验采用宝鸡钛业股份有限公司提供的2mm厚BTi-62421s钛合金轧制板材,其力学性能参数为:0.2=1012MPa,b=1123MPa,=10%。该合金的名义成分(质量分数,%)为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-1Nb-0.1Si。焊前板材退火方式为:双重退火即第一次退火温度980,保温1h,空冷,第二次退火温度550,保温8h,空冷;去应力退火,退火温度为600,保温2h,空冷[4]。焊前清理包括机械清理和化学清理,机械清理通过粗砂纸磨去板材表面氧化层和焊接端口处线切割时留下的痕迹,确保焊接端口平整,端口对齐时无细缝;化学清理使用酸液清理板材,酸液配方为3%HF+30%HNO3+67%H2O,清洗时间为8~10min。最后板材在酒精中超声清洗,烘干后进行焊接。基于前期研究工作基础[15]:采用Ws系列逆变式直流氩弧焊机,直流正接,焊前板材无预热,接头形式为I型对接,无间隙,不使用焊丝。焊接时焊缝方向垂直于板材轧制方向,正面通高纯氩气保护,具体焊接试样编号及焊接参数如表1所示。为了消除残余应力,进一步提高焊缝的性能,对焊接后板材进行热处理,其具体热处理工艺见表2。表1BTi-62421s钛合金焊接工艺参数试样编号焊接电流I/A焊接速度v/(cms-1)喷嘴氩气流量/(Lmin-1)拖罩氩气流量/(Lmin-1)焊接方式焊前热处理方式11100.52012单面焊接双重退火21200.52012单面焊接双重退火31100.52012单面焊接去应力退火41200.52012单面焊接去应力退火表2BTi-62421s合金焊后热处理工艺序号退火温

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