《铸造技术》

文章标题:粉末HIP成形TA15钛合金氩弧焊接头组织与性能研究

文章作者:阴中炜,宋欣瑶,王川云,寇宏超
关 键 字:TA15 钛合金;粉末热等静压;氩弧焊;接头性能;失效机理 中图分类号: TG146.23 文献标识码:A 文
文章摘要:
针对航空领域粉末热等静压(HIP)TA15 钛合金复杂构件整体化制造的需求,为解决粉末 HIP 成形 TA15 与锻造 TA15 合金异种连接的性能匹配问题,采用氩弧焊(TIG)工艺制备了焊接接头,并系统研究其显微组织演变、力学性能匹配关系及断裂行为。 实验结果表明,焊接接头室温抗拉强度达 999 MPa,屈服强度 947.3 MPa,强度系数接近 1.0,与母材实现等强匹配;但伸长率(10.3%)较粉末本体下降约 24%,断裂位置分散于焊缝两侧。 225 ℃高温拉伸时接头抗拉强度约 836.6 MPa,塑性较室温提升 14.6%,呈现“强度损失小、塑性改善”特征。 高温持久性能测试显示,接头在 500 ℃/470 MPa 条件下寿命离散性大(30~60 h),均断裂于焊缝,仅为母材的 60%左右,焊缝魏氏组织中粗大的集束边界成为薄弱环节。 低周疲劳测试结果表明,室温缺口试样(Kt=3)疲劳寿命达 14 167~17 848 周次;但 225 ℃试样疲劳寿命离散性显著(6 133~13 417 周次),断裂位置由焊缝中心扩展至焊缝边缘。 断口分析揭示室温断裂为韧性机制,韧窝尺寸大且分布不均;225 ℃时韧窝细化均匀,动态回复机制激活使塑性提升;高温持久断口呈典型“冰糖状”沿晶断裂形貌,晶界 α 相成为裂纹扩展通道;疲劳断口呈现多源萌生、疲劳条带偏转及瞬断韧窝特征。 研究表明,粉末-锻件接头的组织异质性(锻件双态组织-焊缝魏氏组织-粉末网篮组织)是导致性能匹配差异的根本原因,焊缝魏氏组织的粗大集束边界在循环载荷下成为裂纹萌生源,而粉末侧细密的网篮组织表现出更优的抗疲劳性能。