細晶粒TC4鈦合金焊接溫度場模擬及晶粒長大規(guī)律研究.pdf

1、細晶粒TC4鈦合金具有良好的機械性能和抗腐蝕性,在航天航空中得到了廣泛應用。但在焊接過程中,存在著熱影響區(qū)嚴重粗化等問題,降低了其使用性能。因此對焊接熱影響區(qū)組織形貌,及晶粒長大規(guī)律的研究,對于控制焊接接頭熱影響區(qū)粗化,提高材料的使用性能顯得尤為重要。本文研究了細晶粒TC4鈦合金,TIG焊接接頭形貌特征,分析了接頭性能的變化規(guī)律。采用有限元方法,對細晶粒TC4鈦合金的薄板TIG焊接溫度場進行了數(shù)值模擬研究,分析了焊接熱影響區(qū)不同部位對應

2、的熱循環(huán)特征。應用熱模擬技術(shù),研究了冷卻速度等因素對細晶粒TC4鈦合金熱影響區(qū)晶粒尺寸及組織演變的影響規(guī)律。細晶粒TC4鈦合金經(jīng)歷TIG焊接熱循環(huán)之后,依然形成由母材、細晶區(qū)、粗晶區(qū)到熔合區(qū),在晶粒尺寸和組織上的逐漸過渡現(xiàn)象。焊接熱影響區(qū)各區(qū)域組織嚴重粗化。晶粒尺寸由原始的幾μm成長為幾百μm。熔合區(qū)為粗大的柱狀晶,顯微組織均為粗大的α′針。粗晶區(qū)組織為粗大的等軸晶其微觀組織主要為α′針和α相、殘余β相,但α′針尺寸比焊縫區(qū)略小。細晶區(qū)

3、為細小的等軸晶,顯微組織仍為α相和α′殘余、β相的混合組織。此時α′針更細小而殘余β相卻較大。溫度場的分析表明,隨著焊接熱影響區(qū)各點距離熔合線位置的增加,冷卻速度越快。同時在焊接熱影響區(qū),同一位置隨著焊接熱輸入量的增加,冷卻速度變慢。熱模擬實驗結(jié)果表明隨著冷卻速的提高,晶粒長大趨勢變小。低溫部分組織轉(zhuǎn)變主要產(chǎn)物為α相及殘余β相和α相。反之則晶粒長大趨勢變大,高溫部分主要轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為α′相。冷卻速度和高溫停留時間對近母材熱影響區(qū)硬度影響也較