Metall. Mater. Trans. A:硼對鑄造Ti-6Al-4V激光焊接接頭組織和氣孔的影響

【引言】

和其他金屬材料相比，鈦合金具有更高的比強度和耐疲勞性，因此在要求輕量化的航空航天領域得到了廣泛應用。目前，焊接是將零部件連接成大型結構件的關鍵技術。有研究表明，硼元素能夠細化鑄造鈦合金的晶粒，同時在鈦合金的增材制造過程中還能細化粗大的柱狀β晶。但硼元素在鈦合金激光焊接中的作用還不清楚。

【成果簡介】

近日，查爾姆斯理工大學的Sakari?Tolvanen（通訊作者）在Metallurgical and Materials Transactions A發表了最新的研究成果“Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti-6Al-4V with Addition of Boron”。在該文中，研究人員研究了硼對Ti-6Al-4V鈦合金激光焊接的影響。

【圖文導讀】

圖1 鑄造Ti-6Al-4V平板堆焊實物圖

圖2 腐蝕以后的焊接接頭橫截面

（a）不加B

（b）0.06%B

（c）0.11%B

圖3 添加0.11%B時焊接接頭不同區域的顯微組織

（a）熔合區和熱影響區顯微組織

（b）熔合區顯微組織

（c）靠近熔合線的熱影響區顯微組織

（d）熱影響區顯微組織

圖4 EBSD取向圖

（a）添加0.06%硼元素的焊接件中α相的EBSD圖

（b）不添加硼元素時重構的β相

（c）添加0.06%硼元素時重構的β相

（d）密排六方結構的α相和體心立方β相的反極圖顏色

圖5 熔合區和熱影響區的SEM圖

（a）不加硼元素時熔合區的SEM圖

（b）添加0.06%硼元素時熔合區的SEM圖

（c）添加0.11%硼元素時熔合區的SEM圖

（d）不加硼元素時熱影響區的SEM圖

（e）添加0.06%硼元素時熱影響區的SEM圖

（f）添加0.11%硼元素時熱影響區的SEM圖

圖6 焊接接頭斷層掃描圖和三維重建圖

（a）不加硼元素時焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖

（b）添加0.06%硼元素時焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖

（c）添加0.11%硼元素時焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖

【小結】

（1）添加硼元素的焊接接頭晶粒尺寸顯著減小，晶粒呈細小的柱狀晶。母材中的先析出的β晶粒中的TiB粒子會阻礙熱影響區晶粒長大。

（2）隨著硼元素量的增加，板條狀α長度減小，厚度不變。

（3）熔合區和靠近熔合線的熱影響區的TiB粒子受焊接過程影響，而遠離熔合線的熱影響區及母材的TiB粒子不受影響。由于焊接過程中冷卻速度快，使受影響的TiB粒子尺寸顯著減小。TiB粒子在熔合區枝晶間呈帶狀分布。

（4）硼對熔合區的寬度和氣孔的分布有一定影響，這表明焊接過程中硼會影響熔池流動。

文獻鏈接：Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti-6Al-4V with Addition of Boron（Metallurgical and Materials Transactions A，2018，doi.org/10.1007/s11661-018-4543-1）。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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