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新型鈦合金焊接接頭的力學(xué)性能

鈦焊管

新型基耐蝕合金X-2#的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù), %)為:C≤0.01,Cr20.0,Mo1.0,Al1.0,W4.0,F(xiàn)e10.0,Ti1.0,Ni余量。鈦合金經(jīng)過真空感應(yīng)熔煉、鍛造和熱軋成板材后,進(jìn)行固溶處理待用。焊接母材為固溶態(tài),固溶處理制度為1120℃,30min水冷。焊接工藝為手工氬弧焊,焊接方式為雙面焊,焊絲使用材料為X-2#合金,焊接坡口為X型坡口。焊接電流正面和背面均為110~120A,焊接速率正面為130~140mm/min,背面為150~160mm/min;槍保護(hù)氣為20L/min,背保護(hù)氣為10L/min。試驗(yàn)結(jié)果如下:

(1)新型耐蝕合金X-2#焊接接頭組織均為單相奧氏體,焊縫為連續(xù)冷卻的鑄態(tài)組織,焊縫重熔區(qū)等軸晶組織較多,熔合區(qū)從基體到焊縫金屬組織過渡良好,熱影響區(qū)沒有晶粒明顯粗化現(xiàn)象。
(2)X-2#鈦合金基體的Vickers硬度大于焊縫區(qū),焊縫區(qū)為硬度最低的區(qū)域,但焊縫重熔區(qū)的Vickers硬度高于正反兩面焊縫區(qū),并與基體硬度相近。
(3)在室溫到700℃下,焊接接頭的抗拉強(qiáng)度均低于母材,焊接系數(shù)大于88.1%,接頭強(qiáng)度及其焊接性較穩(wěn)定,能夠滿足超臨界條件下使用的要求。
(4)隨著拉伸實(shí)驗(yàn)溫度的升高,鈦合金焊接接頭的20、300和400℃拉伸斷口為韌窩形貌的韌性斷口,韌窩淺小,塑性、韌性較低。500、600和700℃拉伸斷口為韌窩和撕裂棱形貌的混合型韌性斷口,撕裂棱多,高溫強(qiáng)度較好。斷裂機(jī)制為正斷與剪切斷的混合斷裂。

超臨界水環(huán)境中預(yù)熱器或反應(yīng)器的使用材料通常要求有較高的高溫持久強(qiáng)度、較強(qiáng)的抗蒸汽氧化和抗腐蝕性能、優(yōu)良的加工性能以及經(jīng)濟(jì)性等。目前,材料的研發(fā)工作主要集中于鐵素體/馬氏體鋼(F/M鋼)、氧化物彌散強(qiáng)化鋼(ODS)、奧氏體不銹鋼和鈦基合金這幾類材料上。但經(jīng)綜合分析,鈦基合金更有望成為超臨界環(huán)境下的首選材料。因此,一種含10%Fe(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的新型鈦基合金X-2#被研制成功,其具有良好的高溫強(qiáng)度、塑性和組織穩(wěn)定性,在760和1000℃下幾乎不氧化,其抗高溫氧化性能優(yōu)異,且在PO43-為主的環(huán)境中超臨界條件下耐腐蝕性比671、C-276和625合金更有優(yōu)勢(shì),應(yīng)用前景十分可觀??蒲腥藛T主要研究了新型鈦基耐腐蝕合金X-2#焊接接頭的組織和力學(xué)性能,為合金將來的應(yīng)用提供可靠的理論數(shù)據(jù)支撐。

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