Metall. Mater. Trans. A:硼对铸造Ti-6Al-4V激光焊接接头组织和气孔的影响

【引言】

和其他金属材料相比，钛合金具有更高的比强度和耐疲劳性，因此在要求轻量化的航空航天领域得到了广泛应用。目前，焊接是将零部件连接成大型结构件的关键技术。有研究表明，硼元素能够细化铸造钛合金的晶粒，同时在钛合金的增材制造过程中还能细化粗大的柱状β晶。但硼元素在钛合金激光焊接中的作用还不清楚。

【成果简介】

近日，查尔姆斯理工大学的Sakari Tolvanen（通讯作者）在Metallurgical and Materials Transactions A发表了最新的研究成果“Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti-6Al-4V with Addition of Boron”。在该文中，研究人员研究了硼对Ti-6Al-4V钛合金激光焊接的影响。

【图文导读】

图1 铸造Ti-6Al-4V平板堆焊实物图

图2 腐蚀以后的焊接接头横截面

（a）不加B

（b）0.06%B

（c）0.11%B

图3 添加0.11%B时焊接接头不同区域的显微组织

（a）熔合区和热影响区显微组织

（b）熔合区显微组织

（c）靠近熔合线的热影响区显微组织

（d）热影响区显微组织

图4 EBSD取向图

（a）添加0.06%硼元素的焊接件中α相的EBSD图

（b）不添加硼元素时重构的β相

（c）添加0.06%硼元素时重构的β相

（d）密排六方结构的α相和体心立方β相的反极图颜色

图5 熔合区和热影响区的SEM图

（a）不加硼元素时熔合区的SEM图

（b）添加0.06%硼元素时熔合区的SEM图

（c）添加0.11%硼元素时熔合区的SEM图

（d）不加硼元素时热影响区的SEM图

（e）添加0.06%硼元素时热影响区的SEM图

（f）添加0.11%硼元素时热影响区的SEM图

图6 焊接接头断层扫描图和三维重建图

（a）不加硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图

（b）添加0.06%硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图

（c）添加0.11%硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图

【小结】

（1）添加硼元素的焊接接头晶粒尺寸显著减小，晶粒呈细小的柱状晶。母材中的先析出的β晶粒中的TiB粒子会阻碍热影响区晶粒长大。

（2）随着硼元素量的增加，板条状α长度减小，厚度不变。

（3）熔合区和靠近熔合线的热影响区的TiB粒子受焊接过程影响，而远离熔合线的热影响区及母材的TiB粒子不受影响。由于焊接过程中冷却速度快，使受影响的TiB粒子尺寸显著减小。TiB粒子在熔合区枝晶间呈带状分布。

（4）硼对熔合区的宽度和气孔的分布有一定影响，这表明焊接过程中硼会影响熔池流动。

文献链接：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）。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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