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硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔有什么

文章出处:未知 人气:-发表时间:2018-04-03 13:34
和其他金属材料相比,钛合金具有更高的比强度和耐疲劳性,因此在要求轻量化的航空航天领域得到了广泛应用。目前,焊接是将零部件连接成大型结构件的关键技术。有研究表明,硼元素能够细化铸造钛合金的晶粒,同时在钛合金的增材制造过程中还能细化粗大的柱状β晶。但硼元素在钛合金激光焊接中的作用还不清楚。
 
成果简介
近日,查尔姆斯理工大学的Sakari Tolvanen(通讯作者)在Metallurgical and Materials Transactions A发表了最新的研究成果“Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti-6Al-4V with Addition of Boron”。在该文中,研究人员研究了硼对Ti-6Al-4V钛合金激光焊接的影响。
 
图文导读
图1 铸造Ti-6Al-4V平板堆焊实物图
硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔的影响
图2 腐蚀以后的激光焊接接头横截面
 
(a)不加B
(b)0.06%B
(c)0.11%B
图3 添加0.11%B时焊接接头不同区域的显微组织
硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔的影响
(a)熔合区和热影响区显微组织
(b)熔合区显微组织
(c)靠近熔合线的热影响区显微组织
(d)热影响区显微组织
图4 EBSD取向图
硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔的影响
(a)添加0.06%硼元素的焊接件中α相的EBSD图
(b)不添加硼元素时重构的β相
(c)添加0.06%硼元素时重构的β相
(d)密排六方结构的α相和体心立方β相的反极图颜色
图5 熔合区和热影响区的SEM图
硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔的影响
(a)不加硼元素时熔合区的SEM图
(b)添加0.06%硼元素时熔合区的SEM图
(c)添加0.11%硼元素时熔合区的SEM图
(d)不加硼元素时热影响区的SEM图
(e)添加0.06%硼元素时热影响区的SEM图
(f)添加0.11%硼元素时热影响区的SEM图
图6 焊接接头断层扫描图和三维重建图
硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔的影响
(a)不加硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图
(b)添加0.06%硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图
(c)添加0.11%硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图
 
小结
(1)添加硼元素的焊接接头晶粒尺寸显著减小,晶粒呈细小的柱状晶。母材中的先析出的β晶粒中的TiB粒子会阻碍热影响区晶粒长大。
(2)随着硼元素量的增加,板条状α长度减小,厚度不变。
(3)熔合区和靠近熔合线的热影响区的TiB粒子受焊接过程影响,而远离熔合线的热影响区及母材的TiB粒子不受影响。由于焊接过程中冷却速度快,使受影响的TiB粒子尺寸显著减小。TiB粒子在熔合区枝晶间呈带状分布。
(4)硼对熔合区的宽度和气孔的分布有一定影响,这表明焊接过程中硼会影响熔池流动。

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