（材料加工工程专业论文）ta16合金和ta19合金焊区的氢脆.pdf

飚安建筑科技大学 芦i i 3 7 0 2 5 t a l 6 合金和t a l 9 合金辉区的氢脆 专业：材料加工_ 程 硕出生：杨琳 疆零教簿：秘冠军教授 王经涛教授 于振涛高级工程师 摘要 t a l 6 合龛释t a l 9 合鑫是我瓣近年来开发熬耨黧铙合金，矮子菜工耧的核心设 备制造，合金问的连接主要为焊接方式。在高温商压水及水蒸气环境中焊接接头存 在焊接应力、焊接缺陷、温魔梯度及组织变化，怒抵抗氢脆的薄弱环节，因此为防 止材料在服役期内失效，避免灾难事故发生，研究t a l 6 合金和t a l 9 合金焊区氢脆 是必要艇，这两种钛合金焊嚣鬣化物积氢脆行为酌磷宠在我国遣疆酋次。 本文磷筑了经毫漫气籀渗氮戆t a l 6 台金耪t a l 9 台金较稼浮嚣鬣伲穆豹影态、 分布及类测。堵显微力学探舒分街了氢化物静力学特性。用慢速拉伸( 4 x1 0 4 s ) 、 中速拉伸( 8 1 0 1 s ) 和快速搬伸( 4 x1 0 - s ) 测试氢对不同加载逋率下两种焊接 合金拉伸力学性能的影响，确定氯脆类型、变形特征和断裂机制。用s e m 原位观测 拉应力下氯化物对断裂的影响。磷究发现： o t a l 5 合金霹区氢亿裼鼓豢肉、穿鑫_ 帮浍鑫分毒葱圭，蕤氢浓度瓢0 。0 3 7 辔 至0 0 9 9 ，e l ； 短棒状、短针状陶长针状转变；t a l 9 台金墀区氢化物多分布于晶内和 晶界上，随氯浓度从0 0 2 5 增黧0 1 1 ，由点状、针状向短而宽的块状转变，其中 有弯曲的i i 型氢化物析出。 焊隧中长针状氢化物为s t i h ，块状氢化物为y t i h ，点状氢化物为s t i h 。 含0 0 3 7 0 0 9 9 羲辩，褒4 xt 0 “s 建交速率下，氢霹t a l 6 含金基钵氐 和瓯。影响较小，丽6 明显降低。发生氢脆；在8 1 0 。s 4 x1 0 。s 应变速率下， 氢使强度升高，而塑性不降低。以4 1 0 1 s 4 1 0 。s 应变速率披伸时，当氢浓 度小于0 0 5 7 ，氢对t a l 9 合惫焊区瓯和仃。影响较小，而6 明显降低，当氢浓度大 于0 0 5 7 时，焊区性能急剧降低，发生脆化。 拉 枣速率在4 1 0 。s 1 0 。s 范围内，t a l 6 合金基诲会撼援从翔窝薮裂 撬铡，氢浓泼在0 0 2 5 o 0 9 9 范围内变纯不会改变这一梳利：豫l g 合金焊区金 属随氢浓殿由0 0 3 7 增加至0 1 】，由穿晶断裂机制转变为沿晶断裂和穿晶断裂的 西安建筑科技大学 混合断裂机制，开裂区域为三晶粒晶界和板条伐组织片层界面。 氢化物对t a l 6 合金断裂的影响表现为氢化物片成为裂纹扩展通道：氢化物 对t a l 9 合金焊区断裂的影响表现为弱化晶界，加速晶界崩塌而明显降低塑性。 关键词：t a l 6 合金；t a t 9 合金；焊区金属：基体金属：氢化物；氢脆机理 论文类型：应用基础 本研究得到军用舰船核动力高性能燃料及材料国防科技重点实验室基金( 0 0 j s 8 5 3 1 钾5 4 0 2 ) 的支持。 一髓窒整薹翌丝奎燮 一 一 _ 一m h ”_ _ m h m h _ h 一1 一 h y d r o g e n e m b r i t g e m e n t f o rt h ew e l d e dj o i n to f t a l 6 a l l o y a n dt a l 9 a l l o y $ p e e i a r y ：m a t e r i a lp r o o e s s i n ge n g i n e e r i n g n a 瓣# ：y a n gl t n 穗辩疑畦蕊嘴g u a n j u a p 辩黼翔g 瞻啦 s e u t o re n g i n e e ry uz h e n t s o 文8 s 了袭矗嚣 t a t 6 a n d t a l 9a j l o y h a v e 镕魁l d e v e f o p e 避：a s 泰蠢罾蕊霹辩辩飙糖棼麟y 髓彝纛e 遮籼t h ea t b o y s 疆孵w e l d e d 旃獭a n u f a c r t r * 墨耗眵& 薅妇i nw m ei m p o r m t l te t l g i n e e r i n g t h ew e l d e dl o 躲a 懋 t h ew e a k e np a r t sw h e na p p l i e di nh i 加一t e m p e r a t u r ea n dh i 霹h p r e s s u r ee n v i r o n m e n td u et ot h e w e l d i n gs t r e s s w e l d i n gd e f e c t s ，t e m l 辩r a t u r eg r a d i e n tm a dt h es t r u c t u r a lt r a n s f b r m a t i o n ，s oi t i s n e c e s s a r yt o t u d yt h eh y d r o g e ne m b r i t t t e m e n to f 强1 6 a n dt a l 9a n o yw e l d e d j o i m ，a n di t i s a l s o 巍# f i r s ts t u d y 通c h i n a t h e m o r p h o t o g l e s , 蕊蘸巍女瓣a n d 姆秘o f h y 4 r m e , s 囊w e l d e d 姆；a t 蘩攀摹s t u d i e d 瓠。醚! s e m a n dt e m 辩m e c h t m i ep m l m r t i e s 灞辩o fh y d r k i e 瓣漱驭薅b yn a n oi n d e n t e r 礁。t h e w e l d e d i l 科se h a r b e dh y d r o g e nt e n s r et e s t e da tt h e 勰挺4 x 1 0 4 蕊葚x l 妒诋a n d4 x 1 6 惫 r c s p e c t i v e l y , t h et a n s i l ep r o p e r t i e w e f et e s t e d t o s “d yt h eh y d r o g e ne m h r i t t l e r a e mt y p e 。 c i e f o r m a t i o ne h a r a c t e r i s t i ca n dc r a c k # n e c h a n i s m t h ee f f o e t so fh y d r i d eo nc r a c kf i a c t u r ew e r e s t u d i e db yt h ei ns i v as e 髓嗣婶r e s u l f ss h o w e dt h a t ： 1 踟h y d r i d e s i nt a l 6 鞋i 秽w e 曲媾j o i n t sd i s 毪, i b u t ei n 冉淞鉴麟矗潜羞渤露暑s e v e r a l 蕊峨煅l 酶 r a a r c a o l o g i e s8 游嫩强连t h 辍p i e c 端t i k e 斌漱瓣魄汝嚣甄鞲i 醚镪瓤p i e c e s 1 r i c e n e e d l e s ，t h eh y d r i d 盎i nt a ) 9 a i l 堪y 档e t d c dj o i n t sd i s t r i b u t e 秘疆i 瓤。 辱彗耩i 鞋站ra m n gg & i 瘫 b o u n d a r i e s 。t h em o r p h o l o g i e s 辩s h o r ta n dt h i n p i e c e s l i k en e e d l e s , s h o r ta n dw i d e p i e c e s , a l t ds m a l la n dr o u n dp i e c e s 。a n dt h en - t y p eh y d r i d e s 嫩f o u n d e d 。 2 t h e l o n ga n d t h i nh y d r i d ep i e c e sa l e8 - t i l l , t h es h o r _ a n nw i d eh y d r i d ep i e c e s 洲# y m l - t ，a n d t h es m a l la n dr o t m d h y d r i d ep i e c e sa 糖a t s o 器墨i 毛 3 + 嚣瓣嚣c o n t e n tf r o m0 ，0 3 7 静0 + 0 9 9 8 a g 潦舞e f f 娥to n 艇摊毽a n d 程薹。：臻ft a t 6 更l 薅， w h i 瑭氇e 瓠d e d u , t ig r e a t 甄a n dt h e 萎嚣o c z u r r e d 耀i 瓣穗# s m d n 瓣醴1 0 + 。w h e n a n d e r t h as l a i n t a l e o f g o s 瓣碡1 0 5 趣，魏a n d 瓢3 i 黼f e a 鞠，w h i l e 舔d o e s n o t d e c r e a s e w h e nt h e 埘c o n t e n tl e s st h a no 。0 5 ，i th a sl i t t l ee f f e c to 旃t h eg ba n da o 2 辞ft a l 9a l l o y w e l d e dj o i n t , w h i l et h e5 5d e d u c e dg r e a t l yu n d e rt h es t a i nt a t eo f4x 1 0 s i s 协4 1 0 1 s , w h e nt h e 瓣c o n t e n tm o r et h a n0 ，0 5 7 , 瓤t ，r o p e r t i e so f w e l d e di e l md e c r e a s e ds h a r p 蠲矗 t h ee m b r i r t t e m e m o a c u , - r 畦， 电t a t 6a l l o y 嫩瓣蠕s g a b r a i l 舱d i m # e - 辅瓣m e c h a n i s m , t h e 姆酾黜i 礴 臻。0 3 7 t o 0 。0 9 9 a n dt h es t r a t ar a t eo f | 8 t o , 莓t 0 + h a v el i t t l ec h a n g e 诒t h e 一 堕塞堡兰型垫奎兰 _ _ _ - _ _ _ _ _ 一 一 m e c h a | n i s m t h er u p t u r eo ft a l 9a l l o yw e l d e dj o i n t sc h a n g ef r o mt r a n s g r a n u l a rf r a c t u r e m e c h a n i s mt oam i x e df r a c t u r em e c h a n i s mo fi n t e r e r y s t a l l i n ef r a t u r ea n dh y d r i d e 。c l e a v a g e f f a c t n r ew i t hh y d r o g e ni n c r e a s i n gf r o m0 0 2 5 t o0 1 1 g r a i nb o u n d a r i e sa n dt h e l a t ha s t r u c t u r ei n t e r f a c e sa f et h ec r a c k e dp l a n e s 5 h v d r i d ep i e c e sa r ef r a c t u r es o o r c e si n t a l 6a l l o y , w h i c ho f f e r e dt h ep a t h so fc r a c k s e x p a n s i o n h v d r i d e sw e a k e n t h e g r a i n b o u n d a r i e so ft a l 9a l l o yw e l d e dj o i n t s ，w h i c h a c c e l e r a t et h ec o l l a p s eo f g r a i nb o u n d a r i e sa n dd e c r e a s es t r e n g t ha n de l o n g a t i o n k e yw o r d s ：t a l 6a l l o y ，t a l 9a l l o y tw e l d e d j o i n t ，m a t r i xm e t a l h y d r i d e h y d r o g e n e m b r i t t l e m e n tm e c h a n i s m l ， 鬻疑 本人郑重声明我所鐾交的论文怒我个人在替师指导下 进行憋磷究工作及取褥驰研究成果。尽我瓣知，豫了文中特 巍热以檬注襄蘩落静地方筹，论文中不琶食其毽大露经发表 蠛撰写避静酽究成粱，选不包含本人藏箕德入在其它单健己 申请学位或为其它用途使用过的成祭。与我一同工作的同志 对本研究辨擞豹所有贯献均已在论文中终了骢确越说明势 表示了致谢。 串清学馥论文与资籽若畜不实之楚，本a 承蕊切褪关 责任。 论文作者签名：粕黼日期：毋峁；善硝 关于论文使用授权的说明 本人完全了察溪安建筑辩搜丈学餐关绦整、键弱学链途 文的糕宠，霹：学梭骞权傈鼠送交论文鲶菱瘁释，宠诲论文 被查阅秘借潮；学梭可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或耆其它复制手段僳存论文。 ( 稼警豁诊文在论文颦枣嚣应遵守她趣定) 论文作者签名；招撇导师签稻彰辱隗 渡：谴糍藏虿瓣在谂文蓠疑。 第一牵缝谂 篝一章绻谂 氢虢鑫簪蓦拳黼精 l ，i 囊义嚣努类 氢露滋入金潺髓糕，戳瑟予澜黻蘑溶髂影式，域在徽空穴以势予羧淼形式，域 戳澎成稔您鬣纯滋形式磷露程予穗辩疼帮，献蕊糗垒属猎辩静爨翩秣簿憾，导致舔 工作应力下发生瓞性断裂，遂然现象通称为氢脆“，。 戳氢静聚嚣怒分，氮旒游繇毽捂蠹部氯黥帮繇辘羲耱，蠹部鬣鞴攥煞在耪辩镬 爆之藏就誉褒予鑫攥内部褥萼| 越豹臆往羧凝。强蟪鬣脆攘_ 髓辩联褒不会鬣或含氢壤 藤，餐京穗麓孛寝予癸赛藩簿孛交憝箨蘑嚣葶；怒熬艨毽断黉。姿羲逡天磐氍轰，连 部激穗和邵境氢脆没有本斌，e 的匿剐”“l 。 竣螫警 越氢熊黪器蘧分，游琢予薰、气箨氨秘纯合氮三静。凝子藏辫崔金愿逡 部幽于氢聚集所引起的脆化；气体氢指夜材料内粼形成魄，托o 和c 儿等离压气体， 袭寝基嚣麓下豢羧装绞懿产雯；像舍氢攒萋与蕊侮元豢袋金金嚣囊形藏瓣囊稔会耪 纛罐燕纛黎。 浃醛辍麓氢藤敏感羲静髓蕊絮分，金满豢藤又黼转为嚣粪： ( 1 ) 第类氮脆。如果材料时氢的敏感性随糟形变速度的增加丽增加，则这种 氢髓嚣魏藤一褰甄藤，这爽爨黥憋舞熹爱在露斡艇爨篱蓊e 经存在繁糠鬣憋。丧纛 力 薯用下翩恹了裂纹魏形成帮扩避。 遥纛这癸餐爨翡疆嚣是；惑簿垒霪孛签二镖( 夹杂袋添瓤麓 凳嚣雾震宝壤 商艇气体n 如碳钢的氢蚀；祷潺下材料巾的氢襁冷却过程中桥蹬大擞分子氢，产 窆蠢匿气邂t 镶孛奄轰蘸满予魏装氢熬鹚爨； 徽辑f , t i 或￥彝族衾瀵激藏釜诧辩， 导效氢脆。 2 j 黪= 粪氢髓。懿袋辑瓣辫鬣囊熬馥藩燕怒髓饕蛩变速寝辩灞擞蘧洚蔻，鞭 这秘錾稳拣燕篱二獒氢蕊。这耱鬣蕤懿耱建亟在褥糕辍爨骛嚣菸苓移褒凝裘漂，嚣 在瞧力薅鼹下鬣每建秀交强终麓涟梦黪藏酝袈漂，鼯羧跪谴龋裘。 造成潴必氢臆的原因鼹：宙有过饱和氢的静窳在威力作用下，析出氢化物造 成髓溪，呶予这魏爨鹱对感力不谶遂，爨媳宅叉撇拣惫不醪遂氢瞧；溉予蔑辩状 态瀚岔氧念念，谯瞧速度豢彤惰况下发生脆性断裂，如聚材料经变形艨却撺载荮， 势走一蹇辩溺爱嚣避嚣毫逮囊形，粼彗释嫠鍪链霉鲮褥餮滚星，旋这戆鬣蕊又戆海 哥滋氢臆。 疆安建筑科技大学 1 。l 。霎惑蕊鹱谂 影响飘脆的因豢很多，简鼠备圆素间裙互俸蹦釉制约，蓟目前为止燕予金属的 氢赡理论伪怒个慧黼未决酌谦艨，得戮黄造关演驰瓒论楚疆键瑗谂( 黼格麓瞧瓒 论) 、氢致软化和陷阱理论“。 ( 骚瓣遴埝。该莲埝交t r o i a n o 予1 9 6 0 攀挺凄，惫谖嚣娄簸蔗芋遴天遥瀵 金壤萋，濑予遗渡囊震翡d 瑟电子寒填瀵，鬣纛予鹣 s 毫予鼯进入3 d 毯子层，簿 破熊鍪平衡状态，增翻原予阉捺斥力。篌菇格臆他溅弱诧。 ( 2 ) 飘激软化。该原理内b e a c h e m 在研究氢降低碳钢的扭转屈服强艘这现稼 露褥盘，镳歉凝蔽鬣金藩磁不擞蕊盒藩豹藏释瑟臻魄锻凝戳簿燕，毽煳互矮纯显蓑， 蕊辩氢臻驻粒撵翔蘩一输蔽塞瀑燎变逮翠，势增攘选寂变竣态下翡敷力松弛速率。 ( 3 麓辫褒埝。佥震孛赘鞭镶籍醛远零 莛露戴鼹誊集袋鸯臻辫。按氯与鏊凑爨 结念链( 琳深) 的不简，w 将陷游努为可逆陷辨釉脊可逆陷阱，前脊在不同条件下 鼙霹露麓熬憋潞黪，又霉捧洚掇熬采源，甏嚣誊瓣簸结会耱较褰，蕊攀上哭作受氛 的编阱场所。通过对材料合焱他，热加工釉热处燃弼戚不珂逆陷阱，可降低材料飙 豫敏墓缝。 。2 羲鸯囊鹬蒸臆 铁是融辫赫笈艇氢脆的禽属材料之一。近几掷，髓着锬材应用濑嗣不断扩大。 爨接魅静滞德趋予笺杂，鬣鼹酸茹| ：释蠢发象。弓| 越糠疑钛会金氢瓣鸯寥糖嚣素，魏 焊接封寒巍静保护释冷颦弓l 起髑瓣麓瘟力，羧洗辩镪镤豹洗滚琵方或过蕊辩鬻酸洗 雩 嚣寝氢，辍移安装产奎戆按瘟力诱发羹鬟等。获及铰会囊嚣羹爨誉枝寝室溢发室， 在惩温下邀心髓密瑰，低潺下工箨的铁翁辩使含羝程鼹宠韵安全蕊镯浅，也有氢臃 兔殓托“。 1 2 ，1 氢他钛及钛氢相圈 蓬鬣衾赞媾蕊；氢建蘸鼹戏势海t i l l 一t i 琏。笺纯镶莠不爨兔爱瓣筏赘惫念 黪，在一惑麓羚下戆簿率露遮i 篙2 薅。 萄l l 深出了钛一氢榴隧舯1 。从钛一氢楣露耐粕，禽氢的蚤戳漆体程驰擎e 髓 发生共析转瓷；氆+ y ，其中y 艘建乎鸳态的嚣一如嶷方( f e e ) 氨他物，菇撂鬻数 是碡4 4 a 。黼中a 、b 森在黧激懿警褥缀织魏伐耀与懒。 基筵魏磐凳鳆爨癸獒婆隧萤霹篓受e 鳕薅麟一致毪瑟罄鬻数凳4 疆酶弋 2 篱一耄绪埝 p 墨、 图l 1 钛氢相豳 魏舞凌应力簿爝下，含氢馥舍金会涝生侮一立方翡甜氢豫褥，其患阵常数海 a = 3 3 a ，猩有些情况下还会生成蕊心四方的氢化物”1 。谯3 1 9 。c 以下，氢在脯t i 孛懿溶鼹度急磷下降，一黢试兔塞澄霹淹2 0 p p m 2 0 0 p p m 9 。”。越过建掇鼯，产垒 钛的氢化物。在o t i 合搬中氢的围溶度w 以高达上千到上万p p m ，氢臆敏感性小， 鬣在程手转致合金中静簦溶壤移氢赡敏感霞怒分子耀者之舔。 铝加入钛中形成c 【固潴体，氮在q 钛中的溶解度随铝禽澄增加黼增加“”。 i 2 2 熬瞧特点 c o s t a “誊盘，萋砖镶合金力学程鼗瓣影麟楚潜溶蒸辩蠹褒影薅帮巍琵耪穗、 显微组织变化等间接影响接同作用的结聚。钛由氮化物引起的氮脆是很常见的，这 释蘸麓与鬣纯整静影竣及分毒基材霄关，一觳背状塞莛戆黪氢黥教感蕊较大。 我国近年来对t i a l v 系c c 十p 钛合鼐的氢臆开展了较多研究。张潜簿人”“认 为 i 一5 a i 一4 v 台余孛建嚣程摹霹匀痖力场下鳇孬分奄动交学遵鼠扩觳定鬻，氢在张 威力下聚熊起来，在钛合愈的邝相界及黼相小片间的界黼上析出葡心立方或面心四 方鼙羹毒艺稔，导致嚣瓣鼹诧，鼠下降；璐孛菠蓦人“”对 i 一6 a 1 - 4 v 台盒静氢簸磷 究认为t i ”6 a i 一4 v 合金氯敬延迟歼裂的裂纹扩展嚣氢化物的自身破裂进行，并非沿 鬣彳乏鐾帮罄俘界藉怒并裂；蘩交嚣释不弼缝绥熬f i 巧蠡卜￥合盒在氢气黪麓孛煞黧 臆特征茂溉“”，簿轴口栩边界上疑有分散p 相的缎织脆性小，而在d 基体上有针状啦 掇鼹盔器鼹避丈；对壤型教合金霉i 鑫矗i 一2 5 s n 奁避孛蛙永漆滚串翡应力瘸经蹬究表 明“”，因威力腐蚀而形成的裂纹懿端会吸氯，所吸收的氮在裂纹前端三向应力最大 嚣城聚囊并生菝菇心露方鞠蚕，玉立方氢饿镑，器黢裂绞姨遴扩燕；霹遗8 垄镀会念 t 卜3 0 m 。研究表明“”，出予形成了蔼心立方氢化糊t i 砘，材料发生脆化。 一塑窒鍪茎翌整奎兰，一 w w 一。一 袭l l 绘懑了镀及钛金念黪蚤静氢虢及特点。 表l l 铁及钛合金氢髓波特点 氢脆类型 。塾照鎏 蓬塞 _ h _ _ _ h w _ _ _ 一一 氢浓菠踅遵黧豹溺溶度一羧在? 爝蘩一类氢蕊，鬟掇疆在氆合 氢豫耱氢聪 墨蠢萎蓑三；萼二塞茎；萎掌茎蓄塞圣母稳定元豢较少的貔+ 含 定向排列 。x 惦r 属第二炎氢稳，应力感生氢豫 应宠巷生氮 其蠢一定氢浓度豹氆张姨赢激疑速貔强盛力去滁螽不魏蕤之游 往携登氢鼹 冷帮蹿霹浚形成氛翡造谗饔鋈滚炎，是不可遂甄脆，主要毒瑗 体，在馒应力作用下可形成氯亿物 程淬火黯的d 型合金申 固溶态氢，程慢艨力作角下，向晶属第二类氢赡，易禚p 稳定元 可遵氢麓 捂蔌麓照集皆，影戏对霞殪钶藐露豢含羹较大豹岱+ 参会金鞍圣型 麓雩l 怒鎏睦下海 会鑫孛囊凌 i 2 3 焊接撩袋鬣脆 掰史上发嫩过多次由于爆接接头焦魏嚣学| 起豹宄罐攀戡，1 9 6 7 譬蓑灏_ ：鍪 疆 缓火蓊发生次爆炸，就是由t i - 6 a i 一4 v 合金莲力容器焊缝内存在氢化钛辱 越孵“， 是一次葵鍪鼹镀合金露搂接头鬣照潦放。 爝按接热中氯的来源有旗体鑫牖中的氢、填楚惫满中的鬣、焊接气氛中的氢、 金属没嚣啜孵浆氯以及焊接接鞠被鸯凝掳、指印魏焱分污染繁寒熬氯、黢浚瑷氢、 在古甄的环蟪中使用丽吸氢等。农焊接过程中由于髑部融化、凝固、相炎以及温度 虿均匀引起缀款定寇扩教傻鬟豹分奄十分不蟪匀，礴入谈寿巍熔会线处鬣躲岔量最 塞锄1 ，逡弯入认必盔藩会线耱蘩j 翡s 獠难处羹滚度最麓始”。 在焊接残余巍力秘育效载旖俺爝下，氢廊徽气我瘸溪定两扩教，气乳鲻爨氢浓 度增加，由于徽降低裂纹扩展所需袭面能和嗡界应力，飘增加加速了波纹形成过程。 裂纹产生屠幽予氢向裂纹尖端定囱扩敷，从掰又勰遮了裂纹扩展，鬣浓麓凌遴一步 提高，此外在爆接接头残余威力、工作应力展缺赡髑爨出应力集中产生的嫩髓应力 誊建下毒瑷驻敲潞裂纹添，势发矮残显畿裘绞瓣哥麓魏避走“。 t 2 4 氢臆煎影响函索 4 第一章绪论 ) 瀑壤。瀑度薅钛台金氮致袋绞长大速褒有缀丈影蘸。在较低熬溢度藏鬣痰， 随温度升商，糕的扩散速度鸯珏快，裂纹扩展加快；禚较商的温度范围内，出于钛的 氢化物形成魑放热反应，温度升高使氢化物成核困雅，从而降低了裂纹扩展速度。 ( 2 ) 变形遽翠。钛合金的馘髓敏感性与变形遵举旃美，通常在幔随燮速率下氢 凌馥感蝗较大。馥会金氢蓬敏感戆瘦变速率约为1 0 。s i o - v s 。 ( 3 ) 瀑度梯发帮应力糕度，甄会鸯诋蘧区露离澎力酝扩鼗。 ( 4 ) 合众成份及组织类型。含z r 、￥等元素的钛含金易于形变诱徽氯化物，促 进氢脆；粗大的晶粒组织比细小的龆粒组织易于发嫩甄赡。 1 ，3t a l 6 金金和t a l 9 台金简介 下交1 6 会金( t i 一2 矗i 一2 5 z r ) 慧t a l 9 会金( t i 一4 a i - 2 v ) 莛翦苏联并发懿5 0 0 m p a 级耜7 醛隐缀结构钛合金，暴寄中等强度，良好激憔秘可焊性。易予勰工成型， 因此多用于生产形状较复杂的产品。 a l 元素熄强稳定元素，z r 元素是中性元素，v 髓垫稳定元素，因此t a l 6 台金属 全程型台金，再结晶退火组织为等鞭程程缀织；t a l 9 会金是近a 型合金，少量器稳定 元素v 爱少爨糨褥密，嚣羹蘸潺火缀织受等赣蕊穗+ 鑫鼹参程缝绥，懿溪l 2 瑟暴。 强i 一2 t a l 6 会盒黎t a l 9 含金酌显镦缓缓x 2 0 0 a 张j 6 会金7 2 0 0 c ，随 b t a l 9 会金7 5 0 。c ，阮 t a l 6 合狳釉t a l 9 合金焊撩性g 优异，可以采蹦多种焊接方式，掷惰矬气体保 护焊( t i g ) 、电子束焊、激光荣焊、等离子焊等。谯试验及多数的工獠成用中，采 建氢气保护嚷辍焊接裁可以褥到蹙强瘦黎良好望缝、霸瞧熬接头。t a l 6 合垒焊缝金 藩在室添下酶鳃织将薤是翼毒鞭大的键齿获程疆彦瑟组织，t a l 9 台金蹲缝金属缀缓 为原始鑫粒斑方向一致分布静钟状镔束，如匿l 3 掰示。 两安建筑科技大举 篷i 一3 t a t 6 合衾爨t a l 9 合金懿辫区缍襄 t a t 6 合金滓区锯齿状貔耀2 0 0 x t a l 9 合金焊区原始p 晶粒内的针状a 相2 0 0 t a l 6 合金焊区板条状越组织 t a l 9 合金焊区原始# 蹒界 t a l 6 合金嚣墓嚣一滓接避渡区一簿嚣缀织澎貔5 0 t a l 9 合金静基灌一簿攘避渡区一霹区缀缀形貌5 0 x 6 瓤氏 良也 文羹 蕤一章绪论 t a l 6 合金释t a l 9 台鑫黯潜接接头强菠系数k 为0 。9 5 1 o t ，较鬣麓合金纯程 度使罨爆壤狻头程强度上与蒸体几乎没露差蹈，谯塑经礴所降懿e 这龋释台金浆焊 接接头不瓣簧送行稳定纯退火。 1 4 研究目的疑意义 零疆究纛羧鋈蒸工程戆嚣癸蠢开设。疆t m 6 食金稳t a l 9 念垒键逡戆工程浚聋 褒离滠离题承及农蒸汽瑟潢中长麓( 约4 i 妒小辩) 捷瘸，与蘸濑搿聪农帮承蒸气 凝生化学威应形成氢，部分爨被钹合金吸收。谭晓华”对这两种食惫在3 6 0 。c ， 1 8 8 m p a 嬲缝水中鲍吸氢动力学照线的实验分掇淡明，会金腐蚀2 0 0 0 小黠，已明显 吸氢，赡艏进入一个氢含蟹襁漪稳定的除段，两京4 0 0 0 ，j 、对羼，发擞吸氢鹰饿转 辫，氢含爨大辐援蹇，终鸯0 + 0 1 。合囊串嚷入翡錾一罄努疆鬟港形姣稳定莓京， 一部分在温发攥魔帮应力梯魔僚蘑下商漆度较低袋威力较嵩的撼方扩敬和富集，导 致某些局部匿域 裂纹尖端或威力集中联) 静亍出氯化物。营建玲“”、何跷“”等研 究了0 0 0 2 2 0 0 2 7 范围内鬣澍两种合金强度潮踅性的影响，络聚淡明氢提高合 金强度，发生氢致硬化，但降低嚣缩率，发生氨臆，并认为氢致硬化主簧来源予圆 滚戆骧子氢，薅黧莲主要塞源予鑫秀辑爨夔氢芘掰。至瑗船等凌藏瀑寒压孛赣分 震孛对两释含金瘸强了l 秽套辩，鬣含囊达0 。0 蕊，媲浚爻氢位耪是惑谯镀合金c ；荐 奁的主甍方式，t a l 6 合盒和t a l 9 台金其有典型的慧诧物脆性特往，鬣避入合会詹 稍能提两强度。以上研究绪论说明t a l 6 台金和t a l 9 合金强一定掇禽嫩时发生氢脆， 觚弱蓠研究的结巢看，氮含爨谥铮。0 3 戳内时。；c 雩槠辩力学缝熊澎晌铰夺，可戳安 全健雳，懿越过l 万，l 、辩鹣暇缀瘸镶秘懿还没商戮突过，耪辩失效豹壤器氢含豢霄 特大量藤试羧工终来磋定。 t a l 6 台念和t a l 9 台金在制造设备时，主要以烨援方式连接，台u 嫒备中的爆缝 达数卡万祭之多，铰台金浑缀麟，表露戴亿膜璇内发生变化与挠筏，辩暇氢的融碍 作髑降低一使氲浓度局部超过熬体金属，加之存磁焊接残余应力、焊按缺陷、晶粒 秘大、接头爨瞧低，经褒滋娄黢少量残余穗等簿鼹，氮鼹馥惑瞧更大，透魏霆燕 撬惑蕊懿薄弱嚣簧。逶遘瓣t a l 6 合金窥t a l 9 合愈撵区羲铯耱稷蔻麓磷究，获知簿 释铁合鑫海联的氨麓将愁秘氢黢抗力，对绦障工戆嶷全蔻菲零羹瓣的。飚聍也为穗 患合金安绦馒用的临界氢禽爨搬供第一手试验数搬。 嚣藏黼内务对氢麓懿骄究主螫巢孛在轻金瘸 效薅强韬合金辩“、鼷镬合金“1 、 钛合金“簿) 、不锈锾脚”灏垒溪蕊诧合勃“( 始n i 。a 1 、c o 。t 1 、f e 。a i 及t i a i 等) 等爱予靛天簸空熬金瓣材瓣。钛台叠争靖缝镰酾t i 一6 a 1 4 v 龠垒鼢氧脆研竞较 多，而其窀镰合奄的氢脆闷题剿研究很少，甚至没脊研究。关于钛含愈的焊缝金属 ， 疆安建筑辩技夫攀 盼黧臆离题商鹫理论上酶分擀、讨论裙预觅，毽实际上翡斌验、鼹溅黧缱聚分橱缓 少。本课题研究两种新型钛台鑫一t a l 6 合金和t a t 9 合金焊区的氢化物和氯脆行为， 这程国内尚麟首次，其有一定学术价值。 。蓦磺襄巍蜜及豢鼹 t a l 6 念焱秘t a l 9 合金工藏疲雳对，一方蕊辫随斡氢脆是设诗郯门在稀释安垒 性上考虑的藏簧因素之一：薅一方露氢纯锯在材料巾翡分布和形态彩嫡瓣辩的安全 性，氢化物分布不均匀增加材料的断裂倾向，氢化锄靛生择优取向降低机械性能“”。 氢蕊实验寄多静方法，麴溅氢试羧、德痤变速率试瓣、延遮破坏试验巍寝力蓦f ：试验 等，其中抵戏变速率试验爨针砖檬凝鬻筑飘援缝黢爨行试狻，可疆测试耢辩氢旋敏 感蕊及氢筑虢耀方式，方法箍矮肖效。鑫篷在褥究中将主要解决戳下溺题： ( 1 ) 焊区鬣化物的析出特点、形貌、结构类型和力学特性 ( 2 ) 氢讫褥瓣合余弹区拉 晕燹澎及新袋静影蘸 出于已歼耀能研究都针对0 0 3 内韵氢浓度，鼹此试骏研究更篱氯禽赞，即飘 分囊茳毒农三个缀囊：0 ，0 4 缓、0 。器镊缀黎0 。0 9 缓，藏癸测穗泰经漆鬣楚理试 襻裁蟹浓寰，终惫辍臻低浓嶷，懑予试验凌羧。 探讨鬣辩枣尊辩戆转交形1 褪凝聚鹣影蘸，艇载逶搴逶必然考虑敬祭转之，毽灸 加载速率猩定程度上对氢敬性能改变有决定性意义。 瑟兹蠢秘鼹杰试舞汹l ，豢藏变速率麓予l 矿s 辩，瓣疆委示鬣聪，舔显不嚣 妇载速率对麓一材料瞧会爨示不褥翰氢黥瑕鹱，蕊载速率愈低笺稳愈严整。在己邀 行黪蜀释合龛缀嚣醭露薅，帮逸器了l ，5 渤细i 娃麓稼簿速度，霹予癍交送率对台惫 氢黥拣彩响没肖研究，为j l ：嶷骏逸嗣3 种嫩簸速率： ( 1 ) 蠼递搴参考文献轴7 撩供匏“舞压羲醛蟋澍耪辩援壤矬缝彩旗戆试骏 方法”，板材光滑拉伸试样以4 1 0 ”s 加裁速率撼伸至属腿点后，露以2 x1 0 _ 。1 s 熟载速率从愆滕点控至壤强裁祷。 ( 2 ) 中遮搴器8 1 0 1 s 麓载速率挺簿至纛簇盎蕊，枣疆2 l q ”s 麓载 速零双藩簸点短至极疆载葑。 ( 3 ) 商漶率以4 l o s 女h 躐速率挝伸至极黻载稽。 为进一步攥讨爆接t a l 6 台搬朝t a l 9 会金懿鞭糕搬理，还将雳s e m 掇挝鼹测豹 方法研究拉璁力作用下氢化辑对凝毅的影响，确定窘金氢臆翰微蕊枫制。 试验试释簿2 ，o m m 霉冷筑逐火板越，采麓工程设餐截遥对蕊臻豹黧气傈护龟鬟 焊露接，焊接试群程崮溢离聪离缝氨气孛渗鬣。 3 第一章绪论 6 实验方案 根据研究内容和研究思路，制订的实验方案如图l 一4 所示。 62 0 r a m 冷轧退火板材 。测定来渗缀焊区 7 的氢浓度 氩弧焊接 1 f，蠕p4 焊接试样气相渗氢 - 0 0 9 毒上按照标准制徉 掉区氢饱镌分蠢、 l 一，。 r l “” | 氢化物的力学 形貌及类型 特性e 、s r 1r1r 土 ；4 x 1 0 s | | 8 x 1 0 一s | 4 x 1 0 1 8 蘸对薪裘嚣瞻翦 l lll fi 1 原位观测 ill 上 1 l上 氢对拉伸性能的影响 焊区氢化物形貌氢对变形、断裂的影响 黧1 4 实验方案 9 一 疆窒壅篓壁茎奎鲎 一一 _ _ _ 一一一 第二章材科制备疑实验方法 2 1 板材制备 疆0 缀，、颞数海臻铁、缀子戆级海缀锆及铝缀、a i v 孛霹套金秀原料，经二次 真空自耗熔炼，制备出优质的t a l 6 合金和t a l 9 台金铸键，铸锭切去帽泓，扒除氧 化皮嚣，分辑诧学残分，分辑绩巢见表2 1 。 轰2 1 实验用t a l 6 合金和t a l 9 含金的化学成份w t 铸锭梭照钛材的常规工艺加工成2 o 蝴厚板树，成品进行荐结晶退火处理，板 榜涮备互慧流程魏鬻2 一l 所示。 厂熬皮去嚣口_ _ i ? - l 开坯锻造l o o 扩c l o 如o c 厂：_ = 到囊 箜兰| i 丽磊一l 兰竺l _ 弱磊聂五磊若写 篓兰意 r 1 运火7 5 0 。c 4 0m i n a c 广 冷转 游火7 0 0 。c 6 0 糟糠。f c i冷轧扳爆 叫光亮板坯卜_ l i喷砂碱酸洗l j 垂直热轧方向 圈2 一lt a l 6 合盒和t a t 9 合金极材铺备工艺流襁 2 2 板材焊接 教材袋爝鹤援筑气俣护电弧爆焊接。焊接兹怼叛挂及羹动焊缀瓣工装夹买遴行 清理，防止焊接污染，减少阗隙元素的危辔。焊接时正反髑面采蹋纯度磁9 以 上黪氨气缳护，保护范基识据熔波及处于4 0 0 叛上戆挥嚣裁热影镌遁。 电流、电弧电难、焊矩移动速髓等工麓参数影响焊缝发热影晌区的组织和性能。 焊接电流过大，蟒矩移动逡度过缀，浑缝粒热影蹶送在凌予氆秘耀变滠爱下婷蟹嚣譬 闯过长，将造成晶粒尺寸及针状伐组织长大，塑。陡下降。豳此焊接时，戍在保证焊 第二辫材料制备及实验方法 _ h _ h _ 一w _ h _ - _ _ w m _ _ _ _ _ h _ _ _ _ _ 一 透嚣条释下罨爨傻单霞滓缝长发主毅入貔麓量线熊量) 最枣。 为簿到合遗盼焊接工艺，嚣先避行了一系列矮按实验，t a t 6 合金鞠t a l 9 会金 焊接工艺实验参数及结果列于袭2 2 中。 表2 2 焊接工艺及安辘结巢 根器度2 2 的实验结果，确定以3 0 a 电流，8 v 电疆，1 6 0 r a m r n i n 。妫谭矩移动 速度焊接实验板材。 焊接完磷的板材不经热处联。焊接接头的表磷黻传为银自色和金髓散，用l o 整放大臻检豢霹缝表蚕无气魏、失渣、浮穿、裂纹等敬麓。对焊缝进嚣i o o 豹x 嚣 线搽筷，梭蜜焊缝蠹蕺爱表露懿气魏，夹锋，裂缝等蛱麓，橙亳蠹菰壤参照g b 3 3 2 3 - - 8 7 ，焊撩搂慕为i i 级合格。 2 3 焊接板材渗氯 钛在寓i 箍埘爱骧臻氢爨予菸艘邀大量热，这一髹蠼是气裰囊量渗鬣畿遵途基 礁。渗篓盔台，j 、鍪囊窒燕燕妒串避嚣，渗氢溪壤为6 5 0 。c ，妒疼囊黧达辫1 0 。魄 级畦。关懑粪窆泵并逶入蘸鳃氯气，掇据每炉装入麓樽晶重量积嚣要懿氢浓度礁定 单位时间通飙流量和通氢时间。通甄结束后，保温2 h 。炉内温度降至2 0 0 。c 以下时， 样品出炉。 研究表明脚，t a l 6 合金经1 0 塑蛙变形螽，予6 5 0 。c l h ，f c 逦火，袅樱组织与 去经变形静藤魏态整绣基奉穗鼷。暹甓交露浚露遮掰蠛赛变形率辩，盘于琢囊麦 菲黉夺，孬结磊不会发生，退火筑织中仍傈蜜大爨静原始坯料组织。幽就胃以捶 断退火t a l 6 含金和t a l 9 合衾疑6 5 0 。c 通氢，2 h 保温不发生回复、辩结晶退火 等热处理，撩体组织和性能几乎不受影响，但焊接撩救茂生消除应力邋火。 瓦西列夫斯基和凯尔对5 0 0 。c 8 2 4 。c 闽豹碰一t i 中氮的扩教系数与激度关系避 嚣蘸系夔醑巍褥戮竣下关系式静”： o r f i ( 5 0 伊e t s 8 2 4 ) 黢安建筑科技大学 d 。”“( c 毋s ) - - 1 ，8 x 1 0 。e x p ( - 1 2 3 8 0 - + 6 8 0 ) 艘! ( 2 一1 ) 由公式2 一l 计算得到6 5 0 。c 渗氢时，氮的扩散系数为0 0 0 3 c 群s o 0 0 4 c m 2 s 。 戳簿缰试梯霆揉数最大嚣辍爻1 2 m m x 8 0 0 m m 诗冀，鏊爨这铎暴孛，0 躲霹瓣兔6 0 0 s 8 0 0 s ，因此经6 5 0 4 c ，2 小时保温，氢在样懿中已缀完全均匀化。 表2 3 列出了分别用灌量法和气体分析法测出的氢浓度。 表2 3 焊接檄材氢含挺w t 渗氢条件 t a l 6 合金t a l 9 合会 气体分析法称重法气体分析法称重法 通氢流量：1 o 1 5 l m i n 透氢瓣阗：3 m i n 温度保温时间：6 5 0 0 c 2 h 通氮流量：1 o - t 5 l m i n 通氢辩超：1 5 m i n 温度保温时间：6 5 0 。c 2 h 通氢流量：1 0 - 1 5 l ，m i n 通氢时闽：i m i n 温度保温时间：6 5 0 0 c 2 h 不渗氢0003 0003一 可见，用重量法和气体法得出的氢浓臆数据值有的差别较大。出于气体分析法 通道精密的分析测试仪器测定化学戏份，楚国内外比较通用的一秭捡测方法，其捻 测谈差小，所以实验中认可气体分析法测出的氢浓度。 + 2 4 1 拉伸性能测试 2 4 试棒制鬻及实验方法 拉伸试样参照航标h b 5 1 4 3 9 6 的第5 缎长试样尺寸设计，如图2 - - 2 所示。 拉搏试撵震线甥簦秘绣敬，势缆浮速锭子试撵中部，甥敬爱霜2 6 0 一承移纸繇黪 切割面，去除氧化鼷。实黢在m t s 8 1 0 万能实验机上完成，测出。一曲线及6 。、a 。? 1 2 一。篷兰塑茎塾型墨整塞篷奎楚 。 m _ “_ _ - _ _ _ _ w _ _ - w - 一一 霸5 ，数据。 2 。4 。2s e m 漂位麓溺 熙2 2 缒搀试撵憩圈 试样尺寸篱霞觅匿2 3 ”。烽区饺子试群中帮，并在霹区漩切割个0 3 m l l i 的缺积，以保迁叛裂发生在姆域，著利予观测栽场选取。试样髑线切剃搬切取矮， 膈水砂娥邂级研磨，机械撒澈楚镜面，厢h f ：h n o ，：h 2 0 = 5 ：i 5 ；8 0 的腐蚀液漫蚀 薅，再缝薄酸；h f ：嚣薹垮3 5 9 ：2 m l ：2 0 0 r a l 溶液漫游，以显示出演磁瓣姆缝组织。 莲2 3s 黢暴饿溅溅试榉 实验焱j s m 一3 5 c 型j 翻描嘏子是微镜上进行，袋用微枫闭环按制外加艟力值。拉 簿蔫箨缡鼹襄撵菇，在缺霹辩迓逡簿多令蠢裂变澎翡送竣。燕载避缓串，鼹察逡定 酝域氢偬耪竣裂绽运动采潮蹶蔻嚣受力。弼受力，簿丘拯姊，躐察缀亿锈及裂纹变 纯，当繇力松弛掰一定獠度磁，稻稍如载，继续躐浆，_ 鬣捌试禅断裂简正。 2 + 4 ，3 氧纯黪力学特性测试 斌撵为帮旨辫送斡鹋糊黧澎枣片，颡片豹一个装嚣按金摆试襻豹舞袋雾步骧璐 糜箴蠢涪翡镜蠢，免了毽予遮撵嚣壤及戆示窭清晰瓣氢讫妨，麓深瓣镶试榉，藤镳 液为h f ：娃n 魄：h = l ：5 ：1 0 。 1 3 一。 璧塞鍪簦墼茎奎堂 _ _ _ _ _ _ _ - _ h _ - _ _ - - ，_ 一一一 窑验瘫辩a n oi n d e n t e r ! 蘩霞窳力攀搽赞宠成。这耱凝型懿显畿力学探势健 研究材料纳米范阐内的力学性能成为可能，硬度糯弹性模量是测量最多的两个性 链。与拳糕显镦硬发诗测爨巍诗冀疆度懿方法不毽，这穆探劳是靠一拿金瓣石基头 雁入样品袈面，并连续记录裁荷一位移数据( 圉2 - - 4 ) ，以此计黧材料微区的硬魔 露撵健模爨，嚣茂避免了瓣淤量_ 穰耪辩弹瞧禳复辱| 入夔误差。枣关n a n o 显徽力学 探针的工 乍原理和特点，柱文献【4 1 、4 2 1 中有详细髂介绍和讨论a 图2 4 不同压入深度的簸精一傻移曲线 实验藏先遮择会理靛搽针压入深度，络榘弼餮2 5 蕊示。 00 ml 0 i l 涤r 、 口m t t m 0 目a m * 州肿 蹙2 5 疆入涤发与e 、 f 鲍关系 2 0 0 h m 愿入深度测得的聪缩弹性模量e c 与用静态法测得的拉伸弹性模量e t 比 较接近，毽避小静爨久深度可能雩l 越较大静数据分散性。豳此改2 0 0 n m 为实验压入 深度，采取在实验赋内多次取点测试，且镣个试样测试前校验设备精度以舫止压点 漂移等撂施减小实验误差。 1 4 。 t委z“。 曲 坤 ，巷越jl#聱菩卜 第二濑材料毒l 各及实验方法 2 4 。4 微鼹蛾测和分析 实验中借助o m