TC4钛合金板材特点及激光焊接性能分析

TC4钛合金板材特点及激光焊接性能分析

TC4钛合金是一种重要的航空航天材料，具有比强度高、密度小、抗腐蚀性优异和耐热性好等优点。本文将详细介绍TC4钛合金的特性、生产工艺、化学成分及其在不同轧制厚度下的组织与性能，并对比分析激光焊接接头的组织和力学性能。

TC4钛合金特性与应用

钛合金因具备比强度高、密度小、抗蚀性优异和耐热性好等优点，已经成为现代航空工业用量最大的金属材料。该合金也被称为万能钛合金TC4钛合金的生产工艺主要有熔炼、锻造、轧制等。

TC4钛合金化学成分

TC4钛合金化学成分: TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.56.8,钒(V)3.54.5

不同轧制厚度TC4钛合金薄板的组织与性能

(1) 轧制和退火的TC4钛合金薄板是由 α 相和残余 β 相组成的混合组织，α 相形态呈条纹，等轴和细簇等。与原始板材相比，轧制和退火后，TC4钛合金板材的晶粒细化明显，并且存在明显的轧制标志。

(2) TC4钛合金板材的强度随厚度的增加一般呈现先降低后稳定的趋势，而塑性则呈现先提高后稳定的趋势。当厚度为0.8毫米时，TC4钛合金板材的强度最大，最大抗拉强度R。是1075兆帕，和最大屈服强度R。是1027MPa。在塑性方面，不同规格的TC4钛合金板材的延伸率A大致相同，最大值为17.5%。轧制和退火后，四种规格的TC4钛合金板沿RD和TD方向的强度和塑性具有一定的差异，说明四种规格的TC4钛合金板具有一定的各向异性。

(3) 不同规格的TC4钛合金板材拉伸后的断裂形态主要以凹坑为主，具有明显的延性断裂特征。其中，沿TD方向厚度为0.8毫米的TC4钛合金板材的断口形貌不仅有凹坑形貌，而且有一定数量的刻面，凹坑中存在大量极细的微裂纹。

TC4钛合金激光焊接接头的组织和力学性能

在三维方向上测试了SLM形成的TC4钛合金的显微硬度。平均硬度值在361.9和375HV之间，三维硬度值差异较小。与传统锻造TC4钛合金的LO硬度相比，其主要原因是SLM成形TC4钛合金含有针状 α 马氏体，其硬度值高于传统锻造TC4钛合金。在具有不同能量输入的两个接头的不同区域进行了显微硬度测试。两个接头焊缝区的硬度分别为388.7HV和403.3HV，HAZ硬度分别为373.9HV和377.8h。V母材的硬度为370.6HV。与母材相比，两种焊缝金属具有更高的硬度。这是由于 β 柱状晶体中分布了大量的针状a 马氏体，且HAZ硬度接近母材。

拉伸性能和断裂分析

SLM形成的TC4钛合金母材和接头在两种能量输入条件下的拉伸性能。可以看出，SLM成形的TC4钛合金母材的抗拉强度和伸长率与传统锻造的TC4钛合金DE相似。焊接后，接头的抗拉强度和屈服强度分别为1027MPa和1018MPa，相对于母材略有降低。但是，伸长率从9.5% 下降到0.5%，表明SLM形成TC4钛合金接头的室温塑性明显下降。可以看出，对SLM成形的TC4钛合金进行激光焊接后，接头的抗拉强度略有降低，而室温塑性则明显低于母材。