Mater. Sci. Eng. A：利用釩中間層實現Ti-6Al-4V和17-4PH不銹鋼的焊接

【引言】

鈦合金由于其耐蝕性好、比強度高、耐熱性好等優點，所以廣泛在工業中得到廣泛的應用，但由于其成本較高，極大限制了其應用了，所以經常將鈦合金和低成本的材料一起使用，降低其成本。不銹鋼不僅成本低，而且耐磨性好、高溫強度高，所以其經常和鈦合金一起使用來降低成本。但鈦合金和不銹鋼性能差異較大，接頭會形成脆性相，降低接頭性能性能。所以如何實現鈦合金和不銹鋼的異種焊接成為鈦合金廣泛應用的關鍵。

【成果簡介】

近日，韓國國立韓巴大學的Jeoung Han Kim（通訊作者）在Materials Science and Engineering: A上發表了最新的研究成果“Dissimilar welding between Ti-6Al-4V and 17-4PH stainless steel using a vanadium interlayer”。在該文中，研究人員研究了釩中間層對Ti-6Al-4V和17-4PH不銹鋼異種材料電子束焊和激光焊接接頭的影響。

【圖文導讀】

圖1 焊接示意圖

（a）光束位于釩中間層的單道焊

（b）兩道焊（第一道將不銹鋼和釩中間層焊接，第二道將鈦合金和釩中間層焊接）

（c）光束位于接頭結合面的單道焊

（d）拉伸試樣尺寸

圖2 EB1焊接接頭的顯微組織和XRD分析

（a）接頭橫截面

（b）17-4PH//MZ界面

（c）MZ

（d）Ti-6Al-V//MZ界面

（e）17-4PH//MZ熔化區

（f）Ti-6Al-V//MZ熔化區

（g）相b的TEM圖

（h）相b的富Ti粒子

（i）相e的TEM圖

（j）焊接接頭的XRD圖

圖3 EB1焊接接頭的顯微組織和XRD分析

（a）Ti-6Al-V和V中間層的橫截面

（b）V中間層和17-4PH不銹鋼的橫截面

（c）Ti-6Al-V//MZ1的界面

（d）V//MZ2的界面

（e）17-4PH//MZ2的界面

（f）焊接接頭的XRD圖

圖4 拉伸實驗和顯微硬度

（a）應力-應變曲線

（b）EB1顯微硬度

（c）EB2顯微硬度

（d）CL顯微硬度

（e）PL顯微硬度

圖5 CL焊接接頭顯微組織和XRD圖

（a）橫截面顯微組織

（b）V和17-4PH不銹鋼的接頭顯微組織

（c）V和Ti-6Al-V的接頭顯微組織

（d）17-4PH和MZ1界面

（e）Ti-6Al-V和MZ2的界面

（f）XRD分析

圖6 PL焊接接頭顯微組織和XRD圖

（a）橫截面顯微組織

（b）V和17-4PH接頭

（c）V和Ti-6Al-V接頭

（d）17-4PH//MZ1界面

（e）Ti-6Al-V//MZ1界面

（f）XRD分析

圖7 CL00焊接接頭顯微組織和XRD圖

（a）橫截面顯微組織

（b）V//MZ界面

（c）MZ和17-4PH界面

（d）MZ界面

（e）XRD分析

圖8 CL01焊接接頭顯微組織和XRD圖

（a）橫截面顯微組織

（b）和（d）17-4PH//MZ界面

（c）MZ和V的界面

（e）XRD分析

圖9 CL015焊接接頭顯微組織和XRD圖

（a）橫截面

（b）V//MZ界面

（c）MZ//17-4PH界面

（d）XRD分析

圖10 CL02焊接接頭顯微組織和XRD圖

（a）橫截面

（b）V//MZ界面

（c）MZ//17-4PH界面

（d）XRD分析

圖11 拉伸曲線和顯微硬度分布圖

（a）應力-應變曲線

（b）CL00顯微硬度

（c）CL01顯微硬度

（d）CL015顯微硬度

（e）CL02顯微硬度

圖12 斷面電鏡圖

（a）EB1斷面圖

（b）EB2斷面圖

（c）CL斷面圖

（d）PL斷面圖

（e）CL00釩中間層側的斷面圖

（f）CL00鋼側的斷面圖

圖13 斷面電鏡圖

（a）CL01釩中間層側的斷面圖

（b）CL01鋼側的斷面圖

（c）CL015釩中間層側的斷面圖

（d）CL015鋼側的斷面圖

（e）CL02釩中間層側的斷面圖

（f）CL02鋼側的斷面圖

圖14 鐵-釩合金相圖和電子束焊接頭示意圖

（a）Fe-V合金相圖

（b）EB1接頭示意圖

（c）EB2接頭示意圖

【小結】

本文主要結論如下：

（1）研究表明利用V中間層能夠得到沒有缺陷的焊接接頭，焊縫金屬為（βTi,V）相。在V和鋼焊接接頭中存在類似的（Fe,V）相，但所有試樣MZ的成分不同。脈沖激光焊的斷裂位置在Fe-V界面，這也導致了接頭較低的抗拉強度。電子束焊能夠實現得到無缺陷的緊密接頭，失效發生在V中間層。

（2）電子束焊1中，3種材料形成了常見的MZ，出現了Fe2Ti和FeTi中間相，這兩種脆性相即使少量存在也會成為裂紋源，使得加工過程中，焊接接頭發生失效。

（3）控制V的量能夠有效控制焊接接頭力學性能。隨著V含量的增加，顯微硬度增加。當接頭V含量較低，小于35%時，接頭會形成α-Fe + (Fe,V)σ或α-Fe，此時接頭的力學性能要比V含量大于35%時要好，V含量大于35%主要形成(Fe,V)σ單相。此外，還要注意控制激光功率避免出現過低的V含量，這可能會出現未熔合和未焊透。

文獻鏈接：Dissimilar welding between Ti–6Al–4V and 17-4PH stainless steel using a vanadium interlayer（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.07.015）。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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