和其他金屬材料相比，鈦合金具有更高的比強(qiáng)度和耐疲勞性，因此在要求輕量化的航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，焊接是將零部件連接成大型結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵技術(shù)。有研究表明，硼元素能夠細(xì)化鑄造鈦合金的晶粒，同時(shí)在鈦合金的增材制造過程中還能細(xì)化粗大的柱狀β晶。但硼元素在鈦合金激光焊接中的作用還不清楚。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，查爾姆斯理工大學(xué)的Sakari Tolvanen（通訊作者）在metallurgical and Materials Transactions A發(fā)表了最新的研究成果“Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti－6Al－4V with Addition of Boron”。在該文中，研究人員研究了硼對(duì)Ti－6Al－4V鈦合金激光焊接的影響。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 鑄造Ti－6Al－4V平板堆焊實(shí)物圖
圖2 腐蝕以后的焊接接頭橫截面
（a）不加B
（b）0．06％B
（c）0．11％B
圖3 添加0．11％B時(shí)焊接接頭不同區(qū)域的顯微組織
（a）熔合區(qū)和熱影響區(qū)顯微組織
（b）熔合區(qū)顯微組織
（c）靠近熔合線的熱影響區(qū)顯微組織
（d）熱影響區(qū)顯微組織
圖4 EBSD取向圖
（a）添加0．06％硼元素的焊接件中α相的EBSD圖
（b）不添加硼元素時(shí)重構(gòu)的β相
（c）添加0．06％硼元素時(shí)重構(gòu)的β相
（d）密排六方結(jié)構(gòu)的α相和體心立方β相的反極圖顏色
圖5 熔合區(qū)和熱影響區(qū)的SEM圖
（a）不加硼元素時(shí)熔合區(qū)的SEM圖
（b）添加0．06％硼元素時(shí)熔合區(qū)的SEM圖
（c）添加0．11％硼元素時(shí)熔合區(qū)的SEM圖
（d）不加硼元素時(shí)熱影響區(qū)的SEM圖
（e）添加0．06％硼元素時(shí)熱影響區(qū)的SEM圖
（f）添加0．11％硼元素時(shí)熱影響區(qū)的SEM圖
圖6 焊接接頭斷層掃描圖和三維重建圖
（a）不加硼元素時(shí)焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖
（b）添加0．06％硼元素時(shí)焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖
（c）添加0．11％硼元素時(shí)焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖
【小結(jié)】
（1）添加硼元素的焊接接頭晶粒尺寸顯著減小，晶粒呈細(xì)小的柱狀晶。母材中的先析出的β晶粒中的TiB粒子會(huì)阻礙熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大。
（2）隨著硼元素量的增加，板條狀α長(zhǎng)度減小，厚度不變。
（3）熔合區(qū)和靠近熔合線的熱影響區(qū)的TiB粒子受焊接過程影響，而遠(yuǎn)離熔合線的熱影響區(qū)及母材的TiB粒子不受影響。由于焊接過程中冷卻速度快，使受影響的TiB粒子尺寸顯著減小。TiB粒子在熔合區(qū)枝晶間呈帶狀分布。
（4）硼對(duì)熔合區(qū)的寬度和氣孔的分布有一定影響，這表明焊接過程中硼會(huì)影響熔池流動(dòng)。
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