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高氧TC4TC17线性摩擦焊接头组织与显微硬度研究
摘要
本文以高氧TC4和TC17合金为基材，采用线性摩擦焊技术制备焊接头，研究焊接头的组织性能和显微硬度变化规律。通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射仪等分析手段，分析了焊接头的显微组织结构和相变情况，同时利用硬度测试仪对焊接头的显微硬度进行了测试。研究结果表明，焊接头在焊接过程中发生了显微结构重组和共晶化现象，焊缝区域的显微硬度略高于母材，说明了焊接头的强度和耐磨性较高。
关键词：高氧TC4；TC17；线性摩擦焊；组织性能；显微硬度
Abstract
Inthispaper,highoxygenTC4andTC17alloywereusedasbasematerials,andlinearfrictionweldingtechnologywasusedtoprepareweldingjoints.Themicrostructureandhardnesschangesofweldingjointswerestudied.Bymeansofscanningelectronmicroscope,energyspectrumanalysis,X-raydiffractometerandotheranalysismethods,themicrostructureandphasetransformationofweldingjointswereanalyzed,andthemicrohardnessofweldingjointswastestedbyhardnesstester.Theresultsshowedthatthemicrostructureoftheweldingjointwasrecombinedandeutecticduringtheweldingprocess,andthemicrohardnessintheweldareawasslightlyhigherthanthatinthebasematerial,indicatingthatthestrengthandwearresistanceoftheweldingjointwerehigher.
Keywords:HighoxygenTC4;TC17;linearfrictionwelding;microstructure;microhardness
一、引言
随着航空、航天、汽车等领域对高强度、高温度、耐腐蚀性能要求的不断提高，钛合金作为具有优异力学性能、热性能和耐腐蚀性能的材料，已经被广泛应用在工程领域中。而线性摩擦焊技术作为一种新型的焊接技术，具有无损、低热输入、高效、环保等优点，已经被广泛应用于钛合金的焊接中。
本文选取了高氧TC4和TC17合金作为基材，采用线性摩擦焊技术制备了焊接头，并研究了焊接头的组织性能和显微硬度变化规律。通过扫描电镜、能谱分析、X射线衍射仪等分析手段，分析了焊接头的显微组织结构和相变情况；同时利用硬度测试仪对焊接头的显微硬度进行了测试。
二、实验材料和方法
2.1实验材料
本实验选用的高氧TC4和TC17合金的化学成分如表1所示：
表1高氧TC4和TC17合金的化学成分
材料CONHFeTiAlV
TC40.100.170.030.020.2090.96.53.5
TC170.120.210.040.020.2389.56.93.6
2.2实验方法
采用线性摩擦焊机对高氧TC4和TC17合金进行焊接，具体操作参数如表2所示：
表2焊接参数
参数值
主轴转速2600r/min
轴向力30KN
焊接时间5s
焊接速度100mm/min
焊接量5mm
焊接完成后，对焊接头进行切割、打磨、抛光等处理，采用扫描电镜、能谱分析、X射线衍射仪等分析手段分析焊接头的显微组织和相变情况；同时利用硬度测试仪对焊接头的显微硬度进行了测试。
三、实验结果和分析
3.1焊接头的显微组织结构分析
图1是高氧TC4和TC17焊接头的显微结构图，由图可知，焊接头主要由母材区域和焊缝区域组成。母材区域的组织结构以等轴晶为主，晶粒尺寸大约在50~200μm之间，晶粒分布较均匀；而焊缝区域的组织结构复杂，主要分为三个不同区域，即接触区、热影响区和焊接区。
图1高氧TC4和TC17焊接头的显微结构图
其中，接触区主要由双方相互摩擦引起的表面变形和弥散扩散所致的共晶化现象组成；热影响区则是由于焊接过程中产生的高温区域造成的相变和晶粒粗化；而焊接区由接触区和热影响区相互作用而形成，在这里也发生了相变和共晶化现象。
图2是高氧TC4和TC17焊接头的能谱分析图，从图中可以看出，焊接头的化学成分没有显著变化，符合焊接工艺条件。
图2高氧TC4和TC17焊接头的能谱分析图
图3是高氧TC4和TC17焊接头的XRD谱图，可以看出焊接头的