新型鈦合金焊接接頭的力學(xué)性能

新型鈦基耐蝕合金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(guò)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(guò)渡良好，熱影響區(qū)沒(méi)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。科研人員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(lái)的應(yīng)用提供可靠的理論數(shù)據(jù)支撐。