鈦及鈦合金雷射焊接頭BCC→HCP相變機制及對組織性能影響

《鈦及鈦合金雷射焊接頭BCC→HCP相變機制及對組織性能影響》是依託西安交通大學，由劉宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鈦及鈦合金雷射焊接頭BCC→HCP相變機制及對組織性能影響
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉宏
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

鈦及鈦合金雷射焊接頭所發生的複雜BCC→HCP相變機制對組織性能產生重要影響。通過雷射焊溫度場模擬，捕獲接頭相變時冷卻速度，基於相變時冷卻速度和相變機制的相關性，初步預判接頭所發生的相變機制。通過接頭微觀組織表征，揭示接頭子相微觀組織特徵，基於子相微觀組織特徵和相變機制的相關性，最終確定接頭所發生的相變機制。通過接頭高溫母相晶界重構，建立接頭母相和子相的相關性，結合接頭子相微觀組織特徵和雷射焊相變特點，揭示不同相變機製作用下接頭微觀組織的形成機理和演化模型。通過接頭微區硬度性能評價，結合接頭子相微觀組織特徵，建立接頭微區硬度性能和子相微觀組織特徵的相關性，揭示不同相變機製作用下接頭微區的強化機制。本項目研究將深刻揭示鈦及鈦合金雷射焊接頭所發生的相變機制，詳細闡明相變機制對接頭組織性能的影響，為微觀組織調控下高強度接頭製備奠定理論基礎，對促進鈦及鈦合金在工業領域中廣泛套用具有重要意義。

結題摘要

鈦及鈦合金雷射焊接頭所發生的體心立方到密排六方（BCC→HCP）相變機制十分複雜卻又非常重要，它不但直接控制了接頭的微觀組織，而且也間接影響了接頭的力學性能。然而，少有學術報導系統關注鈦及鈦合金雷射焊接頭所發生的BCC→HCP相變機制及其對接頭組織性能的影響，因而迫切需要開展相關研究工作。基於Fluent建立了考慮固態相變的三維雷射焊準穩態流動導熱模型，探究了固態相變對鈦及鈦合金雷射焊溫度場的影響，研究表明固態相變物性參數和相變潛熱對溫度場計算結果有明顯影響，且考慮固態相變的計算結果與實測結果更加吻合。通過鈦及鈦合金雷射焊溫度場模擬和接頭微觀組織表征，探究了接頭所發生的相變機制，研究發現TA2接頭中發生了長程和短程擴散相變，隨著焊速的提高，短程擴散相變比重增加，而TC4接頭中發生了短程和無擴散相變，且隨著焊速的提高，無擴散相變比重增加。基於Burgers取向關係構建並編譯了自動重構鈦及鈦合金高溫母相晶體信息的程式，對真空熱處理後TA2試樣進行了自動運算，獲得了合理的高溫母相晶體信息。通過接頭微觀組織表征和顯微硬度評價，揭示了鈦及鈦合金雷射焊接頭的強化機制，結果表明TA2接頭可主要歸結於低角晶界位錯強化，而TC4接頭則聯繫於馬氏體強化。對TA2雷射焊接頭進行了真空熱處理，探討了熱處理對接頭組織性能的影響，結果發現在625-700℃之間熱處理時接頭BM和FZ的組織性能沒有發生明顯變化，而HAZ則出現了再結晶現象，且隨著熱處理溫度和保溫時間的增大，再結晶面積逐漸增大，相應地導致了顯微硬度的下降。開展了鈦合金複雜曲面薄壁構件的雷射焊工藝研究，通過仿形工裝設計和焊中橫向載入方式製備了具有良好焊縫成形的雷射焊薄壁構件。項目研究成果為鈦及鈦合金雷射焊接頭微觀組織調控下的高強度接頭製備奠定了理論基礎，對促進鈦及鈦合金雷射焊技術在工業領域中的廣泛套用具有重要意義。