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文档简介
特点:
钛及钛合金密度小,热膨胀系数小(4.5g/cm-3),道导热性差,摩擦系数大,弹性模量较低,不利于结构的刚度。工业纯钛有很高的化学活性,生成致密氧化膜,在不同条件下(酸、碱、温度)有很好的耐蚀性(<500℃
)。
强度高,良好的塑性和韧性,足够的抗腐蚀性和高温强度,最为突出的特点是比强度高。
因而,在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应用,尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。因此,对钢与钛焊接的研究更为迫切。
钛及其合金的焊接1、钛合金特点、分类及性能钛合金的分类工业纯钛(TA1,TA2,TA3)钛合金α钛合金(TA4,TA5,TA6….)
β钛合金(TB1,TB2….)
α+β钛合金(TC1,TC2,TC3….)1、钛合金特点、分类及性能工业纯钛(TA1,TA2,TA3)Ti在885℃以下为密排六方——α钛合金Ti在885℃以上为体心立方——β钛合金Ti在885℃发生同素异构转变纯钛中杂质:H、O、Fe、Si、C、N等O、N、H形成间隙固溶体,Fe、Si等形成置换固溶体,固溶强化(强度、硬度提高,塑性、韧性下降),但H使钛的冲击韧性急剧下降,氢脆。钛合金α钛合金:加入Al、稳定α相,中性元素Sn、Zr。加入Al
5%,再结晶温度600℃——800℃,耐热性提高,减少H的敏感性,过多(7%),Ti3Al相——脆性。α钛合金高温强度高、韧性好,抗氧化能力强,焊接性好,组织稳定,但加工性比β钛合金和α+β钛合金差,不同进行热处理强化,只是600℃——700℃退火消除加工硬化,500℃——600℃不完全退火消除焊接残余应力。β钛合金:含有β稳定元素,含Mo、V、Cr。通过时效热处理,单一相加工性能良好,但高温性能差,焊接性很差,易于形成冷裂纹,焊接结构中很少用。1、钛合金特点、分类及性能钛合金α+β钛合金:两相,含有Al,稳定α相,中性元素Sn、Zr,β相稳定元素(<6%)。具有α和β相的优点,即高温变形能力和热加工性,又可热处理提高强度。TC4(Ti6Al4V)是广泛应用的α+β钛合金,不同热处理下两相比例、性质、形态不同。具有良好的压力加工性和焊接性。1、钛合金特点、分类及性能国外在20世纪50年代就开始进行研究.美国在1956年第一次对钛与钢直接进行点焊,由于接头发脆没有成功。一般认为铁在α-Ti中溶解度极小,这样在钛-铁焊缝中除了有铁在α-Ti中的固溶体外,还形成了脆性的TiFe
型-金属间化合物,这些相的硬度达Hv600,有的甚至到Hv800~1050,致使焊缝发脆,在冷却过程中形成裂纹,TiFe
型及TiC
等脆性相是导致焊缝开裂的主要原因。为使钛与铁能焊在一起,必须在焊接过程中避免产生这些脆性相,解决这个问题的途径可以归纳为以下几种:(1)用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接进行焊接;
(2)用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料,使钛与钢间接地焊接起来;(3)采用低于钛、铁熔点的焊接方法。2、钛及钛合金焊接特点
接头区脆化:540℃以上,氧化膜疏松,与O、N、H等反应快,接头塑性韧性降低。300℃以上吸H,600℃以上吸O,700℃以上吸N,O、高温固溶,强度提高,塑性下降;N会形成脆性相TiN。H是β相稳定元素,325℃发生共析反应:
β
α+γ
γ(TiH2),片状或针状存在,裂纹源,降低塑性和韧性,焊接中严格控制H来源。2、钛及钛合金焊接特点
接头区脆化:常温时,C在α钛中溶解度0.13%,间隙固溶,强度提高,塑性下降。饱和析出TiC,网状分布,塑性降低,焊接裂纹。所以,C<0.1%.
合金元素:Al、Ni、Si、Nb、Cr、Mn、Mo等。焊接时采用高纯度惰性气体或无氧氟-氯化物焊剂2、钛及钛合金焊接特点焊接裂纹:熔点高,热容量大,导热性差,形成的熔池大,焊缝和热影响区金属高温停留时间长,晶粒长大,降低接头塑性和韧性,易于产生焊接裂纹。O、H、N多时,焊缝和HAZ变脆,易于产生冷裂纹,延迟裂纹焊缝气孔:氩气、母材、焊丝中O2、N2、H2、CO2、H2O都可以引起气孔其中H是形成气孔的组要气体。措施:加强清理(机械清理和化学清理),缩短焊接时间,良好的焊接工艺等。2、钛及钛合金焊接特点
钛及钛合金密度小,强度高,良好的塑性和韧性,足够的抗腐蚀性和高温强度,最为突出的特点是比强度高。因而,在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应用,尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。因此,对钢与钛焊接的研究更为迫切。
2、钛及钛合金焊接特点图12所示为铁-钛合金状态图。铁在钛中的溶解度极低,焊接时焊缝金属中容易形成金属间化合物FeTi、Fe
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