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鈦合金的組織分類和焊接性

2022/3/15 15:21:13??????點擊:

GR2特性強度與重量比上佳,并可在高溫環境下保持不變屬于純鈦中硬度更低、韌性更高的等級

在氧化和輕度還原環境中具有抗腐蝕性可成型性良好。

 

鈦及鈦合金是一種具有極高的比強度、良好的耐腐蝕性、優異的耐熱性和無

毒無磁性的結構材料,廣泛用于航空航天、石油化工、醫療和軍事等領域。作為

重要的金屬加工技術,焊接是一種高效、高質量的連接方法,可以有效降低材料

消耗和結構質量。在鈦及鈦合金的加工生產過程中,焊接技術具有著越來越重要

的地位。

TA2鈦合金管物理參數

密度

4.51 g/cm3

0.163 lb/in3

熔點

1670°C

3040°F

膨脹系數

8.6 μm/m °C (20 – 100 °C)

4.8 x 10-6 in/in °F (70 – 212 °F)

彈性模數

105 – 120 kN/mm2

15230 – 17400 ksi

 

鈦合金的組織分類和焊接性

鈦及鈦合金在化學分類中具有兩種同素異形體,即為 α β 兩種,當加熱溫

度達到 882.5℃時純鈦將產生相變。當溫度高于 882.5℃時,為體心立方晶格的 β

相,當溫度低于 882.5℃時,為密排六方晶格的 α 相。目前,中國的鈦合金牌號分類中將鈦合金分為三種類型,TA 代表 α 型鈦,TB 代表 α+β 型鈦,而 TC 則代表 β型鈦。

鈦合金中常見的顯微組織大致可分為四類,其結構特征如下:

(1)等軸組織:一般在加熱至 β 相變溫度以下后,通過進行退火和再結晶形

成。α 相均勻分布且含量超過 50%,并且一定量的轉變 β 組織分布在 α 相的基體上。這種類型的組織由于其良好的整體性能而被廣泛使用。

 

2)籃網組織:在變形過程中,原始 β 晶粒邊界被不同程度地破壞,并且在

β 轉變基體上呈籃網狀交錯編織分布著片狀 α 組織。該結構具有良好的抗沖擊性, 抗蠕變性和熱強性,但是由于β 脆性”效應,其塑性和熱穩定性較差。

 

3)片層組織:這種類型的組織是通過在 β 相區中加熱后,在不變形或輕微

變形的條件下緩慢冷卻形成的。其原始組織由具有完整晶界 α 相以及原始晶粒較為粗大的 β 相構成。α 晶核首先在晶粒的邊緣形成,然后向晶體 β 中生長,形成帶狀的 α 束集,在同一束集內,α 片層相互平行并取向相同。該組織斷裂韌性高,但塑性極低。

 

4)雙態組織:通過在略低于轉變溫度 β 的溫度下進行熱變形或熱處理獲得。

此時 α 相的形態分別為呈等軸狀的一種為初生 α 相和存在于周邊 β 組織中的次生 α 相。兩種狀態的組織兼顧了等軸組織和片狀組織的優點。

鈦合金屬于難焊金屬,其焊接特性歸納為以下幾點:

(1)焊接接頭區的脆化。鈦及鈦合金在常溫條件下比較穩定,但高溫下鈦合

金有很強的吸氫、氮、氧的能力,在焊接接頭區形成脆性化合物從而降低接頭的

韌性和塑性。

2)焊接裂紋。鈦及鈦合金焊接時具有較窄的結晶溫度區間,不易形成低熔

點共晶,且焊接凝固時收縮量小,因此熱裂紋敏感性低。當焊縫中氧、氮含量較

高時,焊縫變脆,氫含量增加時會產生延遲裂紋。

 

3)焊接氣孔率高。氫氣孔是鈦合金焊接接頭中常見的氣孔缺陷,分布在焊

接接頭熔合線附近,其主要原因,一方面是熔合線溫度低于熔池,致使氫向邊緣

擴散;另一方面是熔池邊緣凝固時氫的溶解度降低形成氣泡。

 

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