《表2 2种热处理状态下合金的典型力学性能》

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《热处理对Ti-1300高强钛合金电子束焊接组织和力学性能的影响》

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图3为样品焊后无热处理组织，通过对比可以看到，不同原始处理状态（R-0，STA-0）对焊缝组织几乎没有影响（ST组织略），都呈现等轴和柱状β晶粒，和基体接触的部分由于冷速较快，形成等轴β，向焊缝中心延伸形成柱状β晶粒。这是因为焊缝是一种凝固组织，其经历了熔化和凝固2个过程，无论原始组织是什么状态，都需要经历熔化和凝固，熔化过程将消除原始组织的差异，而凝固都几乎在同一条件下进行，所以形成的最终组织差异不大，这也是表2中焊接前热处理工艺对焊缝性能影响不大的原因。焊缝区的高倍组织（图3c）表明，焊缝区的柱状晶连接成片状，尺寸较大，在片状柱状晶间嵌套有明显晶界的等轴晶。为了进一步分析这种组织，进行EBSD分析，如图4所示。通过图4a焊缝区的取向成像图可以看到在片状柱状晶内存在明显的取向差，但是相邻晶粒的取向差很小，不足以形成稳定晶界（图4b，实黑线为大角度晶界，暗灰线为小角度晶界，以15°为分界），证明这些连成片状的柱状晶并不是一个稳定晶粒，在内部存在亚晶界，是由大量柱状亚晶排列形成。图4c显示在β基体上α相分布，可以清楚观察到α相非常少，并且主要分布在具有稳定晶界的细晶区，在成片分布的柱状亚晶区几乎没有析出。进一步TEM和SEM组织分析表明，在晶内，几乎无法观察到析出的α相，但存在大量的由于冷却凝固内应力而导致的位错（图5a），凝固形成的柱状晶亚晶界主要由位错胞构成（图5b），在稳定晶界处，存在少量α相析出（图5c）。综合分析，可以看到，对于Ti-1300这种近β或双态富β合金，在没有焊后热处理的情况下，焊缝区主要由成片分布的柱状β亚晶和嵌套在亚晶内的少量具有稳定晶界的β晶粒构成，由于具有较高的Mo含量，析出的α相极少，并且大部分分布在与热影响区相连的等轴β晶粒的晶界处。这种少量不均匀分布的α相强化效果弱，加之存在大量尺寸粗大的柱状β亚晶，因此焊缝区无论是强度还是延伸率，都显著下降，这是表2中R-0、ST-0和STA-0样品断裂发生在焊缝区，并且强度和延伸率都明显低于Ti-1300合金普通性能水平的原因。