中航工業(yè)成都發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 何 玲 喬 雷 張校宇

TC17合金是一種富β的α+β鈦合金，其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，具有強(qiáng)度高、斷裂韌性好、淬透性高和鍛造溫度寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足損傷容限設(shè)計(jì)的需要和高結(jié)構(gòu)效益、高可靠性及低成本制造的要求，特別適用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片、鼓筒等零件[1]。

目前由于無(wú)損探傷的局限性，固溶態(tài)下TC17采取超聲波探傷會(huì)出現(xiàn)較高的雜波，無(wú)法確切地判斷內(nèi)部質(zhì)量是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而時(shí)效態(tài)TC17則可避開無(wú)損探傷的局限性，可有效檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 試驗(yàn)來(lái)源

為避免無(wú)損探傷的局限性，我國(guó)某新型高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤件采用的設(shè)計(jì)方案是將時(shí)效態(tài)下TC17進(jìn)行真空電子束焊接。從制造工業(yè)角度看，一種新型材料的應(yīng)用前景不僅取決于材料自身的性能，同時(shí)也取決于其加工性能。由于當(dāng)前無(wú)損探傷技術(shù)的限制，故采用時(shí)效態(tài)下TC17進(jìn)行真空電子束焊接。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

一般來(lái)講，時(shí)效態(tài)下進(jìn)行焊接的接頭力學(xué)性能損失較大，由于TC17材料自身特性，焊接后采用不同熱處理溫度改變組織狀態(tài)以獲得較好的綜合力學(xué)性能，達(dá)到期望的使用要求。

3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用厚度為17mm的TC17鍛件，β相鍛造工藝，固溶溫度800℃，4h,水冷；時(shí)效溫度625℃，（1～4）h,水冷或爐冷，焊接尺寸規(guī)格為500mm×160mm×17mm，材料具體化學(xué)成分見表1。焊接接頭為對(duì)接焊，電子束焊接，采用下聚焦，具體焊接參數(shù)見表2。

表1 TC17材料成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

焊接后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)（目視、熒光、X光）合格后，選擇焊縫中段區(qū)域作為組織觀察試樣，采取線切割，經(jīng)機(jī)械打磨、拋光、腐蝕制備金相試樣；采用光學(xué)顯微鏡觀察組織形態(tài)；室溫和400℃的拉伸試驗(yàn)，室溫沖擊試驗(yàn)。

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

（1）焊接后先采用550℃的熱處理，隨后進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果顯示沖擊韌性的平均值為4.34J，不到母材的20%；

（2）將焊后熱處理溫度調(diào)整為580℃，其沖擊韌性的平均值為4.43J，仍沒(méi)有太大的改善；

（3）經(jīng)過(guò)上述550℃、580℃的焊后熱處理，力學(xué)性能改善雖不明顯，但有改善的趨勢(shì),故焊后繼續(xù)調(diào)整溫度600℃、620℃、640℃熱處理，其沖擊韌性的平均值為5.67J、6.67J、7.0J。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論

5.1 焊接接頭的力學(xué)性能測(cè)試

母材在室溫、400℃時(shí)的力學(xué)性能見表3。

（1）焊接接頭不同熱處理溫度后室溫。拉伸性能測(cè)試室溫拉伸測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。幾種不同焊后熱處理溫度的拉伸試樣均斷在母材上，接頭的抗拉強(qiáng)度隨著焊后熱處理溫度（低于時(shí)效溫度625℃）呈升高趨勢(shì)，超過(guò)時(shí)效溫度625℃的熱處理溫度后又呈下降趨勢(shì)；在600℃時(shí)，強(qiáng)度（如圖1所示）上升較緩，塑性（如圖2所示）急劇下降，且試樣斷裂在焊縫中間，由于斷裂的異常性，通過(guò)對(duì)斷口橫、縱截面的微觀組織分析，整個(gè)斷裂為脆性斷裂且有裂紋源，可能是焊接接頭存在的微缺陷導(dǎo)致的脆性斷裂。

圖2 室溫拉伸塑性Fig.2 Tensile plastic of samples in room temperature

表3 母材的力學(xué)性能數(shù)據(jù)（平均值）

表4 接頭的室溫拉伸數(shù)據(jù)（平均值）

圖1 室溫拉伸強(qiáng)度Fig.1 Tensile strength of samples in room temperature

（2）焊接接頭不同熱處理溫度后400℃時(shí)拉伸性能測(cè)試。400℃拉伸測(cè)試數(shù)據(jù)見表5。從圖3、圖4可看出，焊接接頭400℃時(shí)的強(qiáng)度比較室溫下的強(qiáng)度下降了，但仍能達(dá)到母材的90%；塑性在580℃時(shí)達(dá)到最高值，而后隨著焊后熱處理的溫度增加而下降。在600℃的焊后熱處理接頭的力學(xué)性能出現(xiàn)異常，強(qiáng)度塑性下降急劇；對(duì)接頭斷口進(jìn)行顯微分析，斷口無(wú)韌窩狀是典型的脆斷且有晶界微裂紋存在，室溫拉伸在600℃時(shí)也出現(xiàn)異常。根據(jù)上述分析，可能在600℃焊后熱處理是敏感溫度導(dǎo)致晶界產(chǎn)生微缺陷而引起強(qiáng)度、塑性的急劇下降。

（3）焊接接頭不同熱處理溫度后室溫沖擊數(shù)據(jù)見表6。從圖5中可以看出，隨著焊后熱處理溫度地升高，沖擊吸收功得到明顯改善，最高可達(dá)母材的30%；證明時(shí)效態(tài)下TC17焊接后熱處理溫度對(duì)沖擊韌性有較大地影響。

圖3 400℃拉伸強(qiáng)度Fig.3 Tensile strength of samples in 400℃

圖4 400℃拉伸塑性Fig.4 Tensile plastic of samples in 400℃

表5 接頭的400℃拉伸測(cè)試數(shù)據(jù)（平均值）

表6 接頭的室溫沖擊數(shù)據(jù)（平均值KU2/J）

圖5 室溫沖擊吸收功Fig.5 Impact ductility of samples in room temperature

6 試驗(yàn)結(jié)論

（1）TC17在時(shí)效態(tài)下電子束焊焊接性能較好，室溫、400℃下的強(qiáng)度塑性與母材相當(dāng)，但沖擊韌性較差；620℃相比較其它熱處理溫度是較為理想的焊后熱處理溫度，其強(qiáng)度、塑性、韌性等綜合力學(xué)性能較好。

（2）TC17在時(shí)效態(tài)下電子束焊接后進(jìn)行620℃的去應(yīng)力熱處理，盡管沖擊韌性較好，也僅為母材的30%左右。

（3）由于接頭在焊后600℃熱處理其室溫、400℃下的強(qiáng)度、塑性出現(xiàn)異常，需進(jìn)一步研究焊后600℃熱處理對(duì)其力學(xué)性能的影響原因。

[1] 《中國(guó)航空材料手冊(cè)》編輯委員會(huì) 中國(guó)航空材料手冊(cè)第2版.鈦合金銅合金（第4卷）,2002.

[2] 季亞娟,張?zhí)飩}(cāng),李曉紅，等。TC11/TC17鈦合金線性摩擦焊接頭組織與性能. 航空制造技術(shù),2001(8)：66-69.