焊接过程中的再结晶行为研究.docx

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1、 第 27 页目 录摘要Abstract第一章 绪论51.1钛合金主要的焊接工艺介绍51.2闪光焊介绍61.2.1闪光焊的发展61.2.2闪光焊的工艺71.2.3闪光对焊设备81.2.4闪光焊总结81.3钛合金的分类及性能91.3.1钛合金的分类91.3.2钛合金的热学、力学性能101.3.3钛合金的化学性能111.4 TA19微观组织的研究现状111.5 本文主要研究内容及目的14第二章 实验条件与方法142.1 实验设备142.2实验材料152.3实验方案设计17第三章 TA19焊接接头的再结晶行为研究183.1、TA19焊缝周围组织及再结晶行为193.2、TA19固溶时效后对硬度的影响2

2、13.2.1 TA19焊缝周围组织的硬度变化213.2.2固溶时效对焊缝组织的再结晶及硬度影响22第四章 实验总结23参考文献24致 谢25摘要钛是一种性能优良的材料，其发展时间较短，却获得广泛的重视，并应用于航空航天的国家重要战略民用或军用产品中，其制造的发动机结构件质量轻，性能好，耐高温耐腐蚀。TA19是钛合金中一种近合金，其焊接性能较好，基体的力学性能也较为优良。在制造截面积较大的钛合金结构件中，经常使用闪光焊对TA19进行焊接，其焊接变形小、杂质少、对环境要求不苛刻，焊接出的构件缺陷少，故研究闪光焊对TA19再结晶行为影响有着重要的实际意义。本文通过对试样进行焊接，将试样切割成3块，并

3、对后两块进行固溶和固溶时效处理。并对三块试样进行金相拍摄，硬度测试，以研究焊接过程对TA19微观组织的变化，以及组织变化对硬度性能的影响。主要结果如下：1、 焊接接头部分得到了魏氏组织，并在距离焊缝1.5mm内左右都存在这种组织。这种组织的塑性较差、断裂韧性差，但是强度较好。随着距离焊缝越来越远，相的球化现象越来越明显，但是受到顶锻力的影响，相取向倾斜且互相平行。并最终在焊缝4mm处，相完全球化，看到了基体组织。焊缝的热影响区内，组织的各个部分硬度大体相同，都介于350GPa到380GPa之间，且在距焊缝2mm处焊缝硬度达到最大。2、固溶时效处理后，焊缝周围组织由魏氏组织，再结晶形成网篮组织。

4、时效过后的组织平均硬度得到较大提高，并在距离焊缝1到2mm处硬度达到最大。但是平均硬度变化差别并不大。所以固溶时效对焊缝的性能提升有较大帮助的。关键词：TA19钛合金、闪光焊、再结晶、固溶时效AbstractTitanium is an excellent material, the development time is shorter, has gained wide attention, and applied to aerospace important strategic civil or military products, the quality of its structure

5、 light engine manufacturing, good performance, high temperature preservative. TA19 is in a near titanium alloy, good weldability, mechanical properties of the matrix is relatively good. In the manufacture of large cross-sectional area of the titanium alloy structure, often using flash welding of TA1

6、9 welding, welding deformation small, fewer impurities, environmental requirements are not demanding, less welding defects out of the member, so research flash welding of TA19 again crystallization behavior has important practical significance.Based on a sample weld, the sample was cut into three, t

7、wo solid solution and solid solution and aging treatment. And three samples were taken microstructure, hardness testing, the welding process in order to study the microstructure of TA19 changes, organizational changes and the impact on the hardness properties. The main results are as follows:1、 Weld

8、ed joints have been part Widmanstaten and there are such organizations within the distance around the weld 1.5mm. Poor plasticity of such organizations, the fracture toughness is poor, but good strength. As more and more away from the weld, the ball of -phase phenomenon more and more obvious, but af

9、fected by upsetting force, -phase orientation inclined parallel to each other. And eventually finished in the weld at 4mm, phase of globalization, saw the matrix organization. Weld heat-affected zone, the various parts of the organization substantially the same hardness, are between 350GPa to 380GPa

10、, and at 2mm away from the weld seam hardness maximum.2、 after solution and aging treatment, the tissue around the weld Widmanstaten recrystallization basket formed organization. The average hardness after aging organization has been greatly improved, and the hardness of 1 to 2mm at maximum distance

11、 from the weld. But the average change in hardness difference is not large. So Solution Aging on the weld performance of great help.Keywords: TA19 titanium alloys、Flash welding、Recrystallization、Solution and aging第一章 绪论钛是一种较新的材料。上世纪五十年代初期，当时一个突出的问题是已有的轻质合金材料远远不能满足飞机结构件和喷气发动机不见对温度的要求，促使人们对钛重视起来。与普通合金

12、相比，钛的比重轻，而熔点高，目前已经被广泛应用在先进的科学技术中（从关键的导弹和飞机构建到抗腐蚀的阳极化处理的机架）的各个使用部门。上世纪五六十年代，钛合金主要用于航空发动机的研究。而七十年代开始，人们开发了新型钛合金，这种钛合金耐腐蚀性较以往有很大的提高。八十年代以来，钛合金的耐蚀性能又得到了更大的发展。钛以及钛合金主要用于航空、航天飞机的喷气式发动机的结构件。我国现在大力发展航空航天工业，TA19被合金大量应用于导弹、卫星、发动机等重要战略工业产品中。我国自主研发的东风导弹也同样使用了钛合金。所以研究钛合金，对国家发展、国家安全有很大意义。在焊接产品的过程中，研究钛合金的微观形态有助于了解

13、合金变化过程，调整工艺，制造比强度更高，缺陷更少，塑形更好的钛合金，因此本文重点研究TA19合金在焊接过程中的再结晶行为，以望使焊接区缺陷更少，制造更优秀的产品。1.1钛合金主要的焊接工艺介绍 在制造航空航天飞机的结构件中，不少结构件的尺寸很大，无法做到一体成型，需要对两块或者多块钛合金进行焊接处理，所以钛合金的焊接研究是重要且不可避免的。而焊接过程就意味着基体组织的改变，有可能产生新的缺陷。在去的60年里，钛合金的焊接工艺突飞猛进，可以选用的焊接方法有很多，而钛合金本身的热敏感性并不高，多种焊接方法实用效果都较好，我们简单介绍几种钛合金的焊接方法，包括熔焊、点焊、对焊、冷焊，并着重研究闪光焊

14、对钛合金焊缝处的组织结构性能的影响，以及缺陷的去除。1.1.1钛合金主要焊接方法的简单介绍 熔焊：熔焊是所有焊接方法中最普通的一种，它在钛基材料方面的应用，已经收到广泛的注意。由于钛能与氧、氮、碳和氢发生反应而脆化，故不能使用火焰焊接法。必须采用电弧焊接法。由此发展了两种不同的技术，一个事普通惰性气体保护罩电弧法的扩展，而另一种是在充满惰性气体的箱内进行焊接操作，使焊缝完全不被气体沾污。其选用的方法又材料的大小决定。应当注意的是，惰性气体氛围中，如果氧和氮的量超过了0.25，则足以引起焊接接头的严重脆化。 点焊：可以在工业钛板及其合金板内形成优质的焊点，这是由于钛具有低的热导率、低导电率、低膨

15、胀系数，以及在各不相同的焊接条件下仍可得到满意的结果。点焊不需要保护气氛，重要的是待焊接的金属表面必须洁净。材料必须脱脂，如果进行酸洗，虽非必要，但更可靠一些。 冷焊：冷焊这个过程取决于基体金属和它的氧化物皮层之间的延展性差异，因为这个过程是使两片彼此紧密接触的待焊接金属变形，从而合二为一，所以表面上的氧化膜必须破裂，然后焊缝才暴露出清洁的金属。钛冷焊时达到这点要求所需要的变形程度比铝所需要的大，但是考虑到其变形程度的范围，要运用到工业中，可行性不高，所以时至今日，冷焊仍然为被大量运用到工业当中。 对焊即对接电阻焊。这是一种常见的焊接方式，包括电阻对焊和闪光对焊两种。对于钛来说，对接电阻焊不论

16、在保护气氛下，或不在保护气氛下，都能有效地进行。对焊时，材料中发生变形，晶粒细化，因此对焊的优点是能消除由于晶粒成长而导致的延展性降低问题。这种经历长大现象常在其他焊接操作中遇到。虽然使用保护气氛，可以改进焊缝的品质，但由于一部分被大气沾污的最严重的液态钛，在此种焊接过程中，从焊缝中被挤出，故使用保护气氛的作用并不十分重要。整体来看，使用对接电阻焊，其焊缝的质量较好，既没有夹杂物，也没有气孔。而闪光焊由于其优秀性能，低污染等优点，被广泛应用在钛合金的焊接过程中。本文讨论的即此种焊接。闪光焊可以分为连续闪光焊和预热闪光焊。连续闪光焊，分为闪光阶段和顶锻阶段。预热闪光对焊只闪光阶段只是在闪光阶段前

17、增加了预热阶段。闪光对焊的工件准备包括端面几何形状、毛坯端头的加工和表面清理。其焊接的面积较大，可以达到接近100cm2。随着数控技术以及电脑的快速发展，数控在闪光焊的运用越来越多，提供更加精确、高效率的焊接方式。电阻对焊的焊接面积很小，只有接近2cm2左右，适用范围较闪光焊要窄一些，在工业上的作用也不如闪光焊。而对于焊接截面较大的工件，比如建筑物的结构件，地铁的铁轨等，使用闪光焊更实际，其焊接面积叫电阻对焊大两个量级。但其工艺比较复杂。1.2闪光焊介绍1.2.1闪光焊的发展闪光焊和电阻焊接近在同一时间出现的。有关电阻对焊最早的记录是在十九世纪的九十年代，美国的汤姆逊教授得到了电阻对焊的专利。

18、紧接着，世界上第一台利用电阻焊专利的电阻焊机被发明出来。在1903年,闪光对焊首先被德国人发明出来,在上世纪的50到70年代,欧洲、美洲和日本等某些国家,完善了闪光焊的理论基础,这个阶段闪光焊得到了极大的发展。在将工件送进以完成焊接的过程,由开始的手动、电动凸轮渐渐过渡到液压系统控制;在电压的控制方式上,由插刀式的级数转换器,逐渐发展为水银引燃管,然后朝着晶闸管发展;在供电波形方面,由单相交流,逐渐演变为三相次级整流。在闪光焊接的焊机容量方面,焊接的截面面积越来越大，被人们逐渐研发并运用到工业当中。在上世纪的60到70年代,由西德公司研制的闪光焊接机,功率达400千瓦,顶锻力可以达到700 吨

19、,可焊截面积为100cm2;由日本研制的3000千瓦的薄板闪光对焊机,可焊接宽度为180厘米的钢板。工业的快速发展，使得所需焊接的零部件的焊接面积越来越大，国外一些厂家发明了程序控制降低电压闪光对焊以及脉冲闪光焊两种新方法。程序控制降低电压闪光对焊由连续闪光焊而来。程序控制降低电压闪光对焊采用较高的次级空载电压,随后,伴随端面的温度的增加，相对容易激发闪光,同时，为了均匀加热，电压逐渐降低，并且进给速度保持不变，用来达到提高热效率的目的。顶端之前，为达到加强自我保护的作用的目的，确保激烈闪光。需要提高速度，同时提高次级电压。巴顿焊接研究所发明了脉冲闪光焊方法。其原理是在焊机动夹具的推进行程上再

20、加上一个往复振动,振动的频率为1134赫兹,振幅为0.241.0毫米。通过振动使工件不断地进行接触和分离。与一般的闪光对焊相比,在焊接的这段时间内，没有液态钛的自发爆破,溅射的金属微粒小,火口浅,热效率是原来的两倍,顶锻留量可以变为到三分之一到二分之一。 从上世纪80年代开始,计算机的快速发展，使得其广泛的应用到电阻焊当中。许多计算机控制箱用于电阻焊，尤其是点焊，计算机在其中扮演的是对参数的校准角色。同时,闪光焊也有了长足的进步,计算机的控制与检测同样广泛应用到闪光焊当中。其中最惹眼的是日本研发的自适应控制系统的闪光焊机,即次级电压反馈式闪光焊机。自适应控制系统可以在焊接过程进行检测,如电压、

21、电流等等,然后根据测试数据与预先设定的阈值的相比较,由控制系统去改善焊接过程,由此可以大幅度提高焊接工件的质量。同时,其检测装置与记录装置也马上被研制出来,为焊件的质量提高提供了数据支持。而我国的对闪光焊的研究起步较晚，也较为落后。1.2.2闪光焊的工艺 在目前,连续闪光焊的焊接过程包括闪光、顶锻、保持和恢复等。其中,前两个过程很重要，是形成焊接接头的主要过程。闪光焊实际上是两个工件接触通电，产生焦耳热，导致焊接接头融化的过程。这个过程会产生大量的热,用以将焊件过烧，所以闪光阶段是闪光焊的主要过程。热源来自于液体过梁的电阻和工件滋生的电阻,前者是最主要的。闪光阶段还可以烧掉工件端面上的脏物,使

22、得接下来焊接接头上形成一层液体金属层。顶锻力可以对工件施压,挤出过烧的液态金属、杂质等,使得工件的焊接接头部门及其热影响区获得必要的塑性变形和再结晶，已达到将两块金属焊接在一起的目的。 预热闪光焊相比连续闪光焊,相当于在连续闪光焊之前加个预热阶段,通过这种方法使得工件达到目标温度(对钢来说是85050摄氏度),然后再闪光和顶锻。预热阶段可以分为短路预热和闪光预热。短路预热是不断地将两工件碰触、分开,接触时会通过电流产生短路，从而预热。而闪光预热则是多次将工件轻微接触，激发闪光来进行预热。闪光预热的方法较短路预热更复杂。连续闪光焊可将面积为10cm2左右的闭合零件进行焊接,如车圈、铝窗等。而预热

23、闪光焊的焊接面积更大，可达到50到100平方厘米，甚至钢轨对接接头也可以进行焊接。为了获得更优质的焊件，对闪光和顶锻的控制一定要严格。在闪光阶段完成之后，要尽量保证焊缝的周围不被氧化，而热影响区的温度也有一定要求。在顶锻阶段完成后，要保证焊缝及其周围一定区域产生足够的塑性变形。预热阶段完成后，工件的端面温度要均匀。为满足上述要求,必须对闪光焊的某些参数进行适当的选择。其中比较重要的参数:调伸长度L,闪光留量f,闪光速度Vf,顶锻留量u,顶锻速度Vu,顶锻压力Fu,夹紧力Fc,预热温度Tpr等等。1.2.3闪光对焊设备闪光焊设备主要由机械装置、供电装置和控制装置三部分组成。其机械装置包括机架、导

24、轨、夹紧机构以及送进机构。夹紧机构包括动夹具和定夹具,过去的夹紧机构有弹簧式和偏心轮式,之后出现了气压式和液压式。目前液压式被国外的工厂普遍采用。送进机构可以将工件送入,以前的送进机构有弹簧式、手动杠杆式和电动凸轮式,目前较先进的是液压传动式。闪光焊机的供电系统包括焊接变压器、输出功率调节机构和焊接回路。焊接变压器是供电系统的核心,按其结构分为壳型、芯型和环型。主流上最多使用的是壳型变压器。输出功率调节机构,比较老旧的方法是采用级数转换器,即改变焊接变压器的初级匝数，从而调节其二级电压,从而对功率进行调节。目前发展的可以对变压器接入晶闸管等元件,这种方法可以达到对电压的无级调节,从而达到调节输

25、出功率的目的。闪光焊机可以通过主电力开关进行控制装置，或者通过其它焊接过程程序控制装置。控制装置作用是:(1)可以稳定得对闪光焊接机进行开关;(2)使及其按照预设的焊接过程进行焊接;(3)对电流以及焊接时长进行均匀变化;(4)对焊接接头的焊接质量进行监控。传统的程序控制通过逻辑门电路来实现,但是自上世纪80年代以来，电脑的快速发展，闪光焊的程序控制逐渐由计算机来承担,在国外很多工厂已经实现。1.2.4闪光焊总结闪光焊是电阻焊的一种，但是应用越来越广泛，在金属的焊接中不可或缺，随着计算机的跳跃式发展，相信以后闪光焊会朝着智能化、科技化发展。闪光焊的性能优越，保护环境对焊接质量的影响不大，在一些优

26、秀的闪光焊接及其中，计算机的智能控制也保证了焊接的质量。所以研究闪光焊对钛合金的焊接过程，有着十分重要的现实意义。1.3钛合金的分类及性能1.3.1钛合金的分类钛合金的分类方法有很多，早期大多数采用麦克格维纶提出的按照退火状态相的组成对钛合金进行分类。然而在钛合金的实际生产和应用中，经常遇到的是非平衡状态下的组织。因此，普遍按照亚稳态下的相组织和稳定元素的含量对钛合金进行分类，可将钛合金分为型、+型和型三大类，进一步可细分为近型和亚稳定型钛合金。我国钛合金牌号分别问TA、TB和TC开头，表示钛合金，钛合金和+钛合金，所研究的TA19钛合金就属于近钛合金。由于钛合金中相的数量以及稳定程度与稳定元

27、素的种类及含量有着直接关系，为了衡量钛合金中相的稳定程度或稳定元素的作用，提出了按照稳定系数来对钛合金进行分类。稳定系数是指合金中各稳定元素浓度与各自的临街浓度的比值之和。根据相稳定系数划分的合金类型为：型钛合金的K为0到0.07，近合金的K为0.07到0.25，+型合金的K为0.25到1.0，近型钛合金的K为1.0到2.8，型钛合金的K则大于2.8。（1） 型钛合金 工业纯钛和钛合金可以化为单独一类合金，因为工业纯钛中的杂质含量处在相的溶解度范围内。无论国内还是国外，首批工业用钛合金都是专门合金化的钛合金。它们的特点是：高热稳定性，好的焊接性，对热处理强化不敏感，在合适的塑性条件下有中等强度

28、。一般属于钛合金的有：TA4、TA5、TA6、TA7。 （2）近型钛合金近钛合金的稳定系数在0.07到0.25之间，其是由固溶体与少量相（2%到8%）组成的，保留有合金和+合金的许多优点。这种合金的焊接方法很多，而且不需要对焊接接头进行热处理来稳定其组织。该型合金实际上对强化热处理不敏感。由于在合金组织中有相存在，在热态和冷态下均有使人满意的接近+的塑性。与合金相比，在相同塑性条件下，近合金的强度要高出10%到20%。这可用形成相合相两相混合组织是显微晶粒细化和晶内组织非均质化来解释。近合金在高温下（500到600摄氏度）的瞬时强度与室温瞬时强度成比例，并且随着温度的升高而降低。 （3）+型钛

29、合金 该种合金以和固溶体为基的一大组钛合金，属于马氏体型钛合金。这类合金的稳定状态下含有5%到25%的相，从区急剧冷却时，产生的或相的马氏体组织。其K在0.25到1之间。这种钛合金的共同点是在退火状态下强度与塑性有良好的配合。它们或多或少可进行强化热处理，其效果随着K的增加而增加。其中TC1、TC2、TC3、TC4、TC6、TC9、TC10都属于+型钛合金。 （4）近型钛合金这一类合金是以固溶体为基并以稳定元素高合金化的钛合金，它在稳定状态下的组织为相或少量的相。由于相具有相当高的稳定性，这些合金（150到200毫米的大型截面）在高于+/转变温度退火并在空气中冷却后，其组织仅为固溶体。近合金通

30、过淬火和时效而进行的强化不想型合金那样有效，但是在淬火和时效后，其强度可以达到1400到1600MPa，同时具有令人满意的苏醒特征。该型合金淬火时效时的强化效应较小是由于时效时析出的相量较临界成分合金的少的缘故。 （5）稳定的钛合金 具有稳定的组织的合金由于不具备胜过其他合金的、在生产上合算的优点，未获得广泛的工业应用。这种合金的特点是比重大，不能进行强化热处理。又由于钼、钒等合金元素的含量高，一般极其昂贵。TB2钛合金就是型钛合金，其成分含有Mo（4.7到5.5）、V（4.7到5.5）、Cr（7.5到8.5）等1.3.2钛合金的热学、力学性能 钛合金的物理性质：密度=4.5g/cm3，熔点为

31、1678，导热系数=15.25W/(mK)，抗拉强度b=538MPa，伸长率=24，断面收缩率=24，弹性模量E=1.08105MPa。其线膨胀系数，热导率和比热容如表1.3.1，1.3.2和1.3.3所示。 表1.3.1 TA19钛合金线胀系数/20-10020-20020-30020-40020-50020-600/10-6K-18.78.69.59.79.910.0表1.3.2 TA19钛合金热导率/20100200300400500600/Wm-1K-16.87.48.69.710.912.113.2表1.3.3 TA19钛合金比热容/20100200300400500600c/Jkg

32、-1K-1528539557574590608626 钛合金还具有以下优点： （1）比强度高：钛合金的密度为4.5g/cm3左右，约为钢铁的六成左右，而纯钛的强度就和普通钢铁较为接近，一个钛合金的强度则远远超过了钢铁。所以钛合金的比强度很高，较钢铁有着很大的优势，可以制造质量轻却强度要求较高的结构件等。目前航空航天所用的发动机结构件、蒙皮、紧固件及起落架等大量采用钛合金的材料。其硬度如下表所示。表1.3.4 钛合金硬度品种/mm状态HB棒材9090双重退火309环形铸件600，2h，空冷300800，2h，空冷295热等静压800，2h，空冷289(2)热强度高：其可正常工作的温度比铝多几百度

33、，可在500左右的温度下长期工作。而铝合金在150左右时强度显著下降。所以相比铝合金，钛合金的热强度更高，更具有使用价值。(3) 抗蚀性好：钛合金在腐蚀环境中工作，其抗蚀性远优于不锈钢。对点蚀、海水腐蚀和应力腐蚀的抗腐蚀性能特别好。对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。(4)低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。(5)导热系数小、弹性模量小：钛的导热系数=15.25W/（mK）约为镍的四分之一，铁的五

34、分之一，铝的十四分之一，而各种钛合金相比工业纯钛，其导热系数下降了接近50%。钛合金的弹性模量仅仅是钢的二分之一，所以钛合金的刚性差，容易产生变形，不宜制作细长杆和薄壁件。切削时切割面的回弹量很大，约为不锈钢的两倍到三倍，故易产生对刀具的磨损、粘连。1.3.3钛合金的化学性能 钛的化学性质较活泼，与大气中氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等发生强烈的化学反应。当含碳量超过0.2时，会产生硬质TiC。温度较高时，则会产生TiN硬质表层。当温度高于600摄氏度时，钛会与氧发生反应，产生硬化层。当氢的含量超过某一数值，也会形成脆化层。与气体发生反应，所产生的硬化层，其厚度可达0.1到0.15毫米。1.4

35、 TA19微观组织的研究现状TA19钛合金的化学成分如下表所示：表1.3.5 TA19的化学成分牌号合金元素杂志 不大于AlSnZrMoTiSiFeCNHO其他元素TA195.5-6.51.8-2.23.6-4.41.8-2.2余量0.130.250.050.050.01250.150.30在钛合金的众多合金元素中，有稳定元素，它包括铝、镓、锗、硼以及杂质元素氧、氮、碳等。这些元素可以扩大相区，提高的转化温度，同时增加了相的稳定性。还有同晶型稳定元素，主要包括钼、钒、铌等元素，其中钼的强化作用最明显，可以提高室温和高温的强度，增加淬透性，并提高含铬和铁合金的热稳定作用。同晶型稳定元素可以扩大相

36、区，增大相稳定性。共析型稳定元素可以扩大相区，且会引起共析转变的元素。这类元素的范围较广，切共析反应速度相差悬殊。其中铬、锰、铁等元素与钛的共析反应温度较低，转变速度极慢，在一般热处理条件下转变难以进行，故称非活性共析型元素。中性元素包括锆、锡等。锆和钛的性质相似，原子尺寸也十分接近，能在相合相中无限固溶。锆的室温强化作用弱，但高温强化作用强，通常用于热强钛合金。锡的室温强化作用更弱，会发生共析反应，但能提高热强性。钛合金有多种显微组织，不同的组织有不同的力学性能。化学成分的不同、热处理的方法、锻造手法不同都可以影响钛合金的显微组织的性能。不同热处理方法和工艺，会影响钛合金中两相的形态。钛合金

37、的力学性能很大程度上取决于两个相的比例、形态、尺寸和分布。钛合金的组织类型基本可以分为四大类：等轴组织、网篮组织、双态组织、魏氏组织，同种材料不同显微组织形态的钛合金组织形成方式及其性能存在一定程度上的差异。等轴组织：等轴组织的特点是在均匀分布的含量超过50%的初生相基体上，分布着一定数量的转变组织，如图1.4.1（a）。钛合金的变形加工和热处理全部在+双相区或相区内进行，且加热温度低于转变温度较多时，一般可以获得等轴组织。同其他组织相比，这类组织的塑性、疲劳强度、抗缺口敏感性、和热稳定性好，但断裂韧性、持久、蠕变强度差一些。由于这类组织有较好的综合性能，目前采用最广泛。网篮组织：其特点是原始

38、晶粒边界在变形过程中被破坏，不出现或仅出现少量分散分布的颗粒状晶界，原始晶粒内的片变短，集束尺寸较小，各片丛交错排列，犹如编制的网篮状，如图1.4.1（b）所示。当合金在相去加热或开始变形，或者在+双相区的变形量不够大时一般会形成这种组织。细小的网篮组织不仅有较好的塑性、冲击韧性、断裂韧性和高疲劳强度，还有较好的热强性。图1.4.1（a）为等轴组织，图1.4.1（b）为网篮组织 双态组织：双态组织的特点是在转变组织的基体上分布有互不相连的初生，但总量不超过50%，如图1.4.1（c）所示。当钛合金热变性或热处理的加热温度低于转变温度较少时，一般可以获得双态组织。双态组织指组织中的相有两种形态，

39、一种为等轴状的初生相；另一种是转变组织中的片状相，与初生相对应，这种片状亦称作次生相或者二次相。当合金在+双相区较高温度和较大变形时会形成这种组织。魏氏组织：其特点是粗大的原始晶粒和完整的晶界相，在原始晶粒内形成尺寸较大的“集束”，同一“集束”内有较多的片彼此平行，成同一取向，如图1.4.1（d）所示。这种显微组织是合金在相去加热后未变形或变形量不大的情况下，较慢地从相区冷却下来形成的组织。当合金具有这种组织时，其断裂韧性、持久和蠕变强度好，但塑性、疲劳强度、抗缺口敏感性、热稳定性和抗热应力腐蚀性很差，它们随“集束”的大小和晶界的厚度而异，“集束”变小，晶界变薄，综合性能好转。图1.4.1（c

40、）为双态组织，图1.4.1（d）为魏氏组织1.5 本文主要研究内容及目的TA19钛合金性能优越，从20世纪50年代以来持续发展，被广泛用于各个领域。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。我国现在大力发展航空航天工业，TA19被合金大量应用于导弹、卫星、发动机等重要战略工业产品中。我国自主研发的东风导弹也同样应用钛合金，所以研究钛合金，对国家发展、国家安全有很大意义。在焊接产品的过程中，研究钛合金的微观形态有助于了解合金变化过程，调整工艺，制造比强度更高，缺陷更少，塑性更好的钛合金，因此本文希望通过研究TA19合金在焊接过程中的重结晶行为，寻找出降低缺陷的方

41、法，降低TA19钛合金在两块金属板焊接过程中的缺陷，提升力学，热学性能，最终提高产品的可靠度与性能。第二章 实验条件与方法 上世纪50年代，美国成功研制了第一个高温钛合金，从此人们开始热衷研究高温钛合金，后来有很多的高温钛合金都是发展于此，300到350摄氏度之间是该合金可以接受的正常工作范围，由于其同时具相特征和相的特征，因此其性能优良而得到广泛的应用。在过去60年里，钛合金的焊接方法得到极大的发展，常见的焊接方法已经在绪论中提到。而此次试验拟用闪光焊的方法对TA19进行焊接，并观察期焊接过程中和焊接过后固溶时效的硬度变化和微观组织变化2.1 实验设备实验设备使用的是Automation i

42、nternational, inc. F9型的闪光焊接机器，焊接参数是由试样的不同而决定的。在焊接过程中，两个试样的各一段加以电压，并将两个试样缓慢靠近，当接触时，两个试样由于有很多突起，故会在突起部分通过电流，并产生焦耳热。试样持续受压，将过烧融化的部分挤在一边，由此形成了焊疤。这个压力就是顶锻力，而最终两个试样紧密的被焊接在了一起。本次实验还使用了升温炉，其常用于高等院校及科研部门。该炉具有使用温度高、高精度控温、操作简单、维修方便等优点，可广泛用于冶金、机械、轻工、商检、高等院校及科研部门。本次实验在焊接后对试样进行的固溶和时效使用的就是该升温炉。本次实验还使用了莱卡的 DMI5000M

43、光学电子显微镜，其又称金相显微镜，其主要由载物台、聚光照明系统、物镜、目镜和调教系统组成。其成像原理为入射垂直或者近似垂直的光线照射在试样表面，利用表面反光进入物镜成像，造成相衬的主要原因是试样表面对光线的反射能力的不同，所以光学显微镜的试样必须进行腐蚀。析出物等由于抗腐蚀能力的不同造成反射能力的不同，从而显示相应的形貌。合金中晶粒、晶界、在钛合金中，光学显微镜主要用于以下三方面的判定：（1）合金组织形态；（2）晶粒大小；（3）析出物量的多少及比较。本次实验还使用了金相镶嵌机，它是镶嵌机的一种，可以将形状不规则或者持握不方便的金相试样镶嵌在酚醛塑料粉（黑色）中，以便对试样进行打磨抛光试样。制备

44、过程中的其压力由弹簧自动补充、压力的指示数值由显示屏提示，在镶样过程中，压力要一直保持在一定数值以上。 本次实验还使用了HVS-1000显微硬度计，HVS-1000显微硬度计适用于测定微小、薄形试件、表面渗镀层等试件的显微硬度和测定玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石等脆性材料的显微硬度，是科研机构、工厂及质监部门进行材料研究和检测的理想硬度测试仪器。适用范围：热处理、碳化、淬火硬化层，表面覆层，钢，有色金属和微小及薄形零件等。 本次实验还使用了氢氟酸、盐酸和硝酸等配置的腐蚀液，以便对金相试样抛光后，进行腐蚀，观察金相以及测试硬度等实验。2.2实验材料 本次实验使用的TA19合金，是为了满足对于高温性能得到

45、改善的钛合金的需求，特别是满足对喷气发动机使用的需要而研制的。它是一种“超”型合金，其特点是在约1000的温度以下强度高，稳定性好。转子类和优质类的TA19合金与标准类的一样，适用于锻坯、棒材、薄板和厚板。其密度为0.164磅/立方英寸。 在TA19合金的成分中，6的铝添加剂是一种有效的阿尔法稳定元素，2的钼添加剂仅是中等含量的强稳定元素，而锡和锆添加剂是固溶强化元素，对相的稳定作用来说是中性的。这些合金元素的最终综合作用是产生一种弱稳定的-合金。由于该合金是弱稳定和金，所以严格来说，也可称为近型的-合金，这个名称往往可以缩写的形式简称为“近”。2.2.1实验材料物理参数 本次实验使用的TA1

46、9尺寸为3350毫米，将两块试样使用闪光焊进行焊接，焊接后使用切割机将多余部分进行切割，只得到焊缝周围的一部分，其切割后的试样尺寸为335毫米，再将其平均切成3块，尺寸分别为118毫米。焊缝沿着11mm的长边位于式样中间。2.2.2 Ti6242组织与性能TA19作为航空航天专用的结构和功能材料，其拥有着自己特殊的组织和性能。下图为其基体组织的照片，由图片可以看出，其基体组织是等轴组织，是典型的近合金，由固溶体和少量的相（2-8%）组成，保留有合金和合金的许多优点。 图2.21 TA19基体组织照片这种合金不需要对焊接接头进行热处理来稳定其组织。该型合金其实对强化热处理并不敏感。由于在合金组织中有相存在，在热态和冷态下均有使人满意的接近合金的塑性。同时指出，与合金相比，在相同塑性条件下，其强度要高出10到20。这可以用形成相和相两相混合组织时显微晶粒细化和晶内组织非均质化来解释。其拉伸性能如下表所示。表2.2.1 TA19拉伸性能品种D/mm状态取样方向/bp0.2po.o1 MPa% 棒材12双重退火L201100101591218.045.0100102592072914.048.020093380764716.050.0300875720