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异态TC17钛合金线性摩擦焊接头微观组织与断裂韧性研究
引言
钛合金由于其优异的力学性能和热膨胀系数与生物组织相似而成为医疗器械、航空及航天等领域的重要材料之一。其中，TC17钛合金以其优异的力学性能、适中的密度和成本优势受到广泛关注。然而，钛合金之间的焊接难度较大，且常规焊接方法容易引入氧化等缺陷，影响接头的力学性能。线性摩擦焊接（linearfrictionwelding，LFW）作为一种高效、无缺陷的焊接方法。可有效提高TC17钛合金的焊接质量。但LFW焊接接头的本质机制及影响因素仍需进一步研究。
本文旨在通过对LFW焊接接头的微观组织分析及力学性能测试研究，探究焊接参数对TC17钛合金线性摩擦焊接接头的微观组织与断裂韧性的影响。
实验方法
实验选用TC17钛合金板材进行LFW焊接，热处理为890℃固溶处理，空冷至室温。选用TALENTUMVS1166型线性摩擦焊机进行焊接实验，焊接头为板材铺放方向。取焊接头纵向及横向中段位置进行金相组织观察。
对焊接接头进行拉伸力学性能测试，选用INSTRON5569型万能材料试验机，以0.5mm/min速度进行拉伸性能测试。并对焊接接头进行断口形貌观察。
结果及讨论
影响焊接接头微观组织的因素
焊接温度对接头微观组织的影响：
焊接过程中，温度是影响微观组织形成的关键因素。在焊接过程中，温度升高会引入能使材料发生塑性变形的应变速率，使晶粒尺寸显著细化。当温度上升到一定温度，热激活能超过了位错移动能，引起材料的蠕变。在本次实验中，当焊接温度从1200℃提高至1300℃时，晶粒尺寸得到了显著细化，但过高的焊接温度会引起材料过量蠕变，导致材料的韧性下降。
升降压力对接头微观组织的影响：
在焊接过程中，升降压力是另一个重要的影响因素。升降压力是焊接头的材料流动、应变速率和焊接接触表面所需的力量。
当升降压力从60MPa提高至120MPa时，明显地加快了焊接速率，对晶粒尺寸和极化分布影响较小。但升降压力过高会引起焊接头板材的变形，质量下降。
影响焊接接头韧性的因素
焊接接头的韧性是衡量焊接接头质量的一个重要指标。在焊接过程中，尤其要注意减少缺陷的产生，提高焊接接头的韧性。
微观组织的影响
晶粒尺寸是影响焊接接头韧性的关键因素之一。TC17钛合金的焊接接头具有优异的韧性，主要受晶粒尺寸的影响。在实验中，焊接温度较高时，晶粒尺寸得到了显著细化，使接头的韧性得到了提高。此外，焊接过程中，晶粒的取向未被破坏，这有利于接头韧性的提高。
断口形貌的分析
焊接接头的断口形貌也可以反映出焊接接头的力学性能。对断口形貌的观察可以了解焊接接头的应力分布、韧性、强度等性能。
本次实验中，焊接接头的断口表面呈现出光滑的、横向的断口模式。断口表面没有出现条纹或裂纹。这说明焊接接头的韧性良好，断口较为平整，断裂过程中应力得到了良好的分布。整个断口表面晶粒尺寸较为均匀，没有出现局部扭曲等现象。
结论
通过对LFW焊接接头的微观组织分析和力学性能测试，结论如下：
1.焊接温度对接头晶粒尺寸的细化和材料蠕变具有明显影响。
2.升降压力是影响焊接头蠕变、焊接速率的一个主要因素。
3.焊接接头的晶粒尺寸对其韧性和力学性能具有明显影响。
4.本次实验中LFW焊接头的断裂韧性良好，无裂纹等缺陷。
总之，LFW焊接是一种高效、无缺陷的焊接方法，可提高TC17钛合金的焊接质量，但焊接参数需要合理控制。虽然本研究获得了一些有价值的结果，但仍需针对不同的焊接条件进行更详细的实验和研究。