MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织与性能研究

作者:田耘;郭万林;杨峥;淮军锋;柳光祖;李文林;李帅华 刊名:航空材料学报 上传者:刘虹

【摘要】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。

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DOI:103969/jissn1005-505320114007早期研究报道[1~3]显示熔焊可能会改变MGH956合金赖以高温强化的弥散相的数量、尺寸、分布,以及母材原有晶粒的形状、尺寸、取向等,导致高温强度明显降低。之后关于MGH956合金熔焊的研究鲜见于著。因此,人们对MGH956合金熔焊组织及室温到高温的力学性能仍缺乏足够地了解和明确的认识。然而在现在的实际工程应用中,较之瞬时过渡液相(TransientLiquidPhase,TLP)扩散焊[4,5]、扩散焊和摩擦焊等方法,熔焊具有适用性强、操作简便等明显优势。本工作采用电子束焊(EBW)和氩弧焊(TIG)两种方法,对MGH956板材的接头熔焊组织及其室温~1100拉伸性能进行研究,并对比母材的组织和性能,对MGH956合金的两种熔焊行为进行了评价。1实验方法采用机械合金化(MA)制成MGH956合金粉,热等静压将合金粉固实化成合金锭,再经热锻、热轧及冷轧制成厚度为1.3mm的板材,最终在1325进行1h的高温退火,使板材组织充分再结晶。试验用MGH956合金板材的名义成分为:Fe-20Cr-5Al-0.5Ti-0.5Y2O3(质量分数,下同)。采用ELA-30真空电子束焊机,在加速电压60kV,电子束流45A的条件下,以板材纵向(冷轧方向)对接,束流垂直于板面的方式进行焊接。根据所焊板材的熔点(1480)和厚度(1.3mm),为缩短焊缝熔化凝固时间,尽可能缓解合金基体中超细的氧化物弥散强化相聚集、长大、甚至漂渣,在保证能够焊透的情况下,采用了高焊枪移动速率(35mm/s)。氩弧焊是在氩气保护下,采用手工焊机,以MGH956合金母材为填充料,在电压20V,电流50A的条件下,同样以板材纵向对接的方式进行焊接。采用光学显微镜和JSM-6480LV型扫描电镜对接头组织和拉伸断口进行观察。化学腐蚀剂成分为10%HF+10%HNO3+80%H2O(体积分数)。2实验结果2.1焊接接头组织2.1.1未经化学浸蚀的接头组织形貌电子束和氩弧焊接头未经浸蚀的板面的组织形貌示于图1。由图1可以看到,电子束焊的焊缝与母材间的交界很难分辨,尽管在焊区可以观察到个别孔洞的存在,但数量非常少、且尺寸也很小,约为几微米(如图1a所示);而氩弧焊的焊区则布满孔洞,尺寸大多为几到几十微米,最大可达300~400m,焊缝与母材因这些孔洞的存在清晰可辨(图1b)。2.1.2化学浸蚀后接头组织的形貌电子束和氩弧焊接头化学浸蚀后的侧面的组织形貌示于图2。对比发现,电子束焊接头在靠近与母材交界处的晶粒是沿电子束流的逆向生长(图2a和c),至焊缝中心,两边生长过来的晶粒在焊缝中心交汇,交汇处有取向与母材原始晶粒取向相垂直的晶粒生成,形成了垂直于板面并基本贯穿板材厚度的晶界。氩弧焊接头在靠近与母材交界处的晶粒是沿母材原始晶粒的取向生长,且仍保持母材原始盘状(或片状)相似的形状(图2d和f),但越接近焊缝中心越等轴化,在焊缝中心,同样有取向与母材原始晶粒取向相垂直的晶粒生成,形成垂直于板面,并贯穿板材厚度的晶界(图2b和e)。在较大倍数下,两种接头组织中,除了在未经浸蚀时能够看到的孔洞外(图1),还能看到尺寸更为细小,且分布较为均匀的黑点的存在(图2b和c,及e和f)。此外,氩弧焊接头的宽度比电子束焊要宽大得多(图2a和b)。2.1.3接头组织的扫描电镜分析两种接头组织的扫描电镜照片示于图3。由图3可以看到,在光学显微镜下较为均匀分布的小黑点(图2),在扫描电镜下呈矩形孔状,尺寸约为3~5m(图3a和c),进一步放大观察,在一些孔洞

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