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激光焊接铸钛和锻钛机械性能的比较

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-01-11  来源:中国激光网  作者:[db:作者]  浏览次数:372

  2结果2.1机械性能的测试激光焊接锻钛的拉伸负荷与锻钛原材料无明显区别(屈服负荷大于原材料),铸造钛的拉伸负荷及屈服负荷略大于锻钛;焊接铸造钛的拉伸负荷及屈服负荷与焊接锻钛区别不大。焊接及铸造后钛材的伸长量均下降(,2)。

  2.2断口扫描电镜及超微结构观察锻钛未焊接组的断口可见很深的蜂窝结构,明显的缩颈现象,激光焊接后的蜂窝结构变浅,无明显的缩颈现象。铸钛断口较为粗糙,可见树枝样结构,铸钛焊接后的断口可见气孔。高倍镜下见铸钛结构呈板条状,铸钛焊接后呈蜂窝状结构。

  2.3维氏显微硬度测试结果锻造基材的维氏显微硬度平均为190HV,铸造基材的维氏显微硬度平均为294HV.焊接锻钛焊缝区的维氏显微硬度平均为339HV,热影响区的显微硬度小于焊缝,并从焊缝到基材逐渐减小,直至正常。焊接铸钛维氏显微硬度的变化规律与焊接锻钛相似,但大于锻钛,焊缝区最大维氏显微硬度3讨论本文所用的试样均为统一规格,激光焊接时由于所用的功率以及试样尺寸的不同可能导致试件的周边焊接而中央未焊因此用拉伸负荷、屈服负荷和绝对伸长量更能区别不同处理方式下的机械性能。本实验条件下测定的激光焊接钛的机械性能与报道类似111,即拉伸负荷、屈服负荷与母材比无明显区别,但较其它报道的伸长量略有有关。与报道12的铸W类金合金的焊接性能相比,激光焊接锻钛及铸钛的拉伸负荷、屈服负荷及塑性优于或与W型金合金类似。铸W类金合金是临床长期应用并证明是能满足临床需要的合金,由此可见,激光焊接锻钛和铸钛在机械性能方面可以满足临床需要。

  断口扫描电镜观察发现铸钛的塑性与锻钛的相比明显下降,无明显的缩颈和很深的蜂窝结构。这是由于在高温铸造过程中,钛与微量的间隙元素(氧、氢、氮、碳)起反应就可以显著提高其强度并降低其塑性131,这种间隙元素存在于包埋料以及不是绝对的真空中,而且在高温铸造并冷却过程中发生相转变,出现化学不均匀性,导致铸钛具有特殊的组织状态14,使塑性显著降低。由于铸钛化学不均匀性的存在,使得原本应显著增大的铸钛拉伸负荷,却只略微高于锻钛的拉伸负荷,钛在高温下与间隙元素的反应以及铸钛化学不均匀性的存在均可使铸钛的屈服负荷高于锻钛。

  激光的能量高度集中,很快将钛加热到熔融态,随后被周围的组织快速冷却15,因此形成细小的针状马氏体结构,使塑性下降,强度提高。所以,尽管激光焊接锻钛时中央未焊,其拉伸负荷和屈服负荷却与原材料无明显区别,同时显微硬度也增大。钛铸造质量的提高以及焊接工艺的改进包括焊前处理、焊接时合理的气体保护方式、焊接功率、焊接速度等都会改善铸造金属焊接区的性能。

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