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钛合金TC4线性摩擦焊的工艺探索脸盆龙头里程表杯架扩音系统BB肥Frc

发布时间:2023-12-07 21:29:54 阅读: 来源:毛球厂家
钛合金TC4线性摩擦焊的工艺探索脸盆龙头里程表杯架扩音系统BB肥Frc

钛合金TC4线性摩擦焊的工艺探索

摘要:本文对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的线性摩擦焊进行了初步研究,分析了焊接工艺参数对热输入和焊接质量的影响,指出了线性摩擦焊飞边的特点及其形成原因;对典型焊件的显微组织进行了观察分析;指出按照焊合界面附近的变形程度可以将其分为完全变形区、部分变形区和未变形区。

关键词:钛合金TC 线性摩擦焊 焊接工艺参数 显微组织

0 序言

钛合金作为一种新材料,在航空、航天、电力、汽车和海洋等许多部门得到广泛应用,其中尤以TC4(Ti-6Al-4V)用途最广泛。TC4属于典型的α+β两相钛合金,由于其具有较高的比强度、优良的综合机械性能、塑性和冲击韧性,已经成为制造航空发动机制造中不可或缺的重要材料。在TC4焊接方面,采用传统焊接方法容易产生气孔、氧化等焊接缺陷。线性摩擦焊是20世纪90年天馈系统代中期兴起的一种新型固态焊接技术,它突破了旋转式摩擦焊对被焊工件外形轴对称的限制,大大的扩展了摩擦焊接的应用领域[1]。线性摩擦焊具有自清理、自保护的作用。目前,国内还未见到关于钛合金TC4线性摩擦焊的报道。本文主要研究探讨了在钛合金TC4线性摩擦焊过程中,有关工艺参数对接头质量和显微组织的影响。

1 试验

材料采用钛合金TC4(Ti-6Al-4V)轧制板材。试样尺寸为13mm×8mm×45mm的长方体,焊接面(13mm×8mm)为线切割面。试验采用设备是西北工业大学自制的线性摩擦焊机。采用的工艺参数为:振动频率13.6~43Hz,摩擦压力2.75~3.2 atm(压力表指示值),顶锻力2.8~3.4 atm(压力表指示值),摩擦时间1打造了大型仪器预约、专家技术咨询、标准信息查询等活动的线上和线下服务机制0~20s,振幅2mm。金相分析在NEOPHOT-Ⅰ型显微镜下进行。

焊后试件沿面Ⅰ、面Ⅱ(如图1所示)剖开,通过剖面Ⅰ、面Ⅱ可以分别观察到摩擦横截面(与试件往复运动方向垂直)和纵截面(与试件往复运动方向平行)这两个方向上的焊缝形状。

2治具 结果分析讨论

2.1工艺参数对焊缝质量的影响

通过对焊接过程和接头质量的观察分析,可以发现:

摩擦压力和往复运动频率是焊接热输入的主要影响因素。当摩擦压力和往复运动频率增加时,焊接热量输入也随之显著增加。

由于材料变形的局部性和不均匀性,压力过大则会影响试件往复运动的稳定性,同时也会增加塑性金属的流出量,使飞边增大,因此,不能采用太大的压力值。在保证运动平稳的条件下,提高往复运动的频率是增加热输入和提高焊缝质量最有效的方法。

摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数,但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。因为热传导、对流及高温塑性金属的挤出等因素的存在,使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。在热平衡之前,增加摩擦时间对增加热输入有效,而在热平衡点之后,增加摩擦时间对热输入作用不大。

顶锻是摩擦焊接的最后一个环节,顶锻力也是影响焊缝成型的重要因素。在摩擦过程中,金属摩擦副之间形成一层高温粘塑性层,它是摩擦表面的“粘结”介质[2],通过顶锻使金属摩擦副牢固结合。若顶锻力过大,使粘结介质大量被挤出,焊接效果反而下降。

2.2 焊缝成型与飞边的形成

摩擦界面横截面和纵截面的形状分别如图2 (a)、(b)所示,图3是部分放大的纵向飞边。

(a)摩擦与此同时界面横截面的形貌 (b) 摩擦界面纵截面的形貌

图2 TC4摩擦焊焊缝形状

图3 部分放大的飞边

从图2(a)和(b)可以看出,截面上的焊缝成型均匀一致,没有裂纹和未焊合缺陷。但无论横截面还是纵截面,其边缘均有明显的变形,并产生飞边,且飞边大小不同,横向飞边比纵向飞边小。从部分放大的纵向飞边图3可以看出,飞边氧化1.用户需求:后呈彩色,并有明显的横向条纹。

飞边的形成主要受摩擦面温度场和粘塑性应变两个因素的影响[3],在摩擦初始阶段摩擦表面的微凸体发生粘着油脂泵、剪切,产生摩擦热,表面局部的温度开始升高;随着摩擦的进行,摩擦面达到一定温度时就形成一层高温塑性金属[2]。由于温度场分布不均匀,塑性层厚度不均匀,相对而言,摩擦面内部较厚,而边缘较薄(边缘热散失的缘故)。在摩擦压力和试件往复运动的作用下,部分塑性金属被推出摩擦面。在平行试件运动的方向,有类似于机械加工中的“刨削”作用。由于往复运动周期进行,纵向飞边不断向前推进,并呈现明显的横向条纹。随着摩擦的继续进行,温度芯柱进一步升高,塑性层的厚度也增加,在摩擦压力的作用下,横向边缘的部分塑性金属则沿横向被挤出,形成横向(垂直试件运动方向)飞边。无论是被纵向挤出的塑性金属或是被横向挤出的塑性金属,由于被挤出摩擦面时温度较高,而钛在600℃时可以与氧发生强烈作用,因而飞边被氧化变色。

2.3 接头的微观组织

图4为钛合金TC4线性摩擦焊界面纵向截面的低倍放大图。从图可以看出,焊合界面附近有不同程度的变形,按照其变形程度,可以分为完全变形区、部分变形区和未变形区。完全变形区和部分变形区在光学显微镜下的微观组织结构分别如图5和图6所示,母材的微观组织如图7所示。

图4 摩擦焊界面纵向截面的低倍放大图 图5 完全变形区组织

图6 部分变形区组织 图7母材组织

从图4、图5、图6和图7可以看出:

完全变形区的晶粒细小且明显被拉长,这说明TC4钛合金性摩擦焊接过程中,不仅有塑性流动的过程,而且存在动态恢复和再结晶的过程。

部分变形区的微观组织也有塑性流动趋势,晶粒比完全变形区粗大,但仍比母材的晶粒细小;未变形区微观组织与母材类似,不存在塑性流动的趋势。在部分变形区和未变形区之间有明显的界线。

由于TC4钛合金热传导率较低,室温下的热传导率约为7W/m·k,即使在1000℃下其热传导率也只有20 W/m·k。因此,部分变形区的温度较低,这造成该区塑性变形的难度增大;又由于TC4钛合金的屈服应力在低温下较高而在800℃以上迅速降低,从而该区和未变形区之间产生了明显界线。

3 结论

(1)利用线性摩擦焊方法成功地实现了钛合金TC4的焊接,获得了高质量的焊接接头。

(2)性摩擦过程中,摩擦压力、振动频率、摩擦时间和顶锻压力对焊接质量均有重要影响;在一定的范围内,提高振动频率是增加热量输入和提高接头质量的有效途径。

(3)线性摩擦焊的飞边独特。由于往复运动、正压力和摩擦力的共同作用,使纵向飞边和横向飞边上均呈现有清晰的横向条纹。

(4)钛合金TC4线性摩擦焊焊合界面附近有不同程度的变形,按照其变形程度,可以分为完全变形区、部分变形区和未变形区。完全变形区微观组织细小致密,有明显的塑性流动趋势。部分变形区的微观组织也有塑性流动趋势,晶粒比完全变形区粗大,但仍比母材的晶粒细小;未变形区微观组织与母材类似,不存在塑性流动的趋势。在部分变形区和未变形区之间有明显的界线。(end)


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