引言

新型Ti-3Al-2Mo-2Zr(TA24)合金是在工业纯钛基础上增长2.0%～3.5%铝、、、1.0～3.0%锆、、、1.0%～2.5%钼等合金元素，形成α为基，含有少量β相的近α合金。元素铝和中性元素锆在钛中以置换固溶体大局存在，钼除固溶于α相之外，余量与钛形成少量β相［1］，通过合金元素固溶强化和少量β第二相强化，形成室和善高温强度高、、、韧塑性好、、、低温高温机能优异，且拥有优良加工机能的中等强度钛合金，是近年开发用于海洋工程的潜在高机能资料。

钼、、、锆等耐蚀合金元素参与，在大幅提高钛合金强度同时，使新型钛合金拥有良好耐缝隙、、、应力和抗磨损侵蚀能力，成为拥有较强潜力的化工、、、氯碱等耐蚀高温场所利用结构资料。新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金开发成功以来，资料供给商对从合金铸造、、、轧制、、、铸造工艺及组织机能等方面发展了深刻钻研，形成锻件、、、板材、、、管材、、、棒材等型材［2］，并配套相应焊接资料。随着我国近年走向深蓝海洋工程推动，新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金作为焊接结构件及容器用资料起头推广利用，但由于前期利用较少，资料加工、、、焊接及热处置总结公开可借鉴资料极少。借鉴工业纯钛焊接工艺对其GTAW焊接工艺进行了初步探求，在焊后热处置方面未见综合性技术钻研的报道。笔者在钻研纯钛及有关钛合金焊接性［3］基础上，对新型钛合金焊接及热处置机能进行探索。以进一步相识新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金焊接性特点，提出合理焊后热处置工艺参数，美满新型Ti-3Al-2Mo-2Zr中等强度钛合金成型加工工艺技术，为推动新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金的宽泛利用提供技术支持。

1、、、试验

1.1资料

新型钛合金Ti-3Al-2Mo-2Zr板材，商标TA24，贸易商标Ti－75，退火态［2］，规格400mm×125mm×17mm，数量6组;配套焊丝商标Ti-75A，焊丝直径2.0、、、3.0mm，低杂质稍低合金元素含量。试验母材和焊丝化学成分见表1，母材力学机能见表2。

焊接气体及电极:；て逦99.99%氩气，切合GB/T4842《氩》要求，氩气露点不低于－50℃，电极为铈钨极，型号WCe-2.0，直径为3.0mm。

1.2高温拉伸试验

选用与焊接试板母材同批号新型Ti-3Al-2Mo-2Zr板材别离制备6组棒状尺度拉伸试样，在550、、、600、、、650、、、700、、、750、、、800℃等温度下别离进行拉伸试验。试件编号按温度从低到高顺次为1^-1～1^-6。

1.3焊接及焊后热处置试验

1)试验规划

制备焊接试板，无损检测(蕴含外观检测VT、、、着色检测PT、、、射线检测ＲT)合格后，按分歧热处置参数别离进行焊后热处置［4］，制备拉伸、、、弯曲、、、冲击、、、硬度和微观金相试样进行试验，具体规划见表3。

2)焊接试件制备

试件选取单面V型坡口，如图1所示：附忧安槌附踊肪、、、焊接设备、、、；は低尘τ谡９ぷ髯刺;严格算帐焊件、、、焊接资料，试板组对预留10°～15°反变形，两端增长同材质等厚刚性固定板，氩弧焊点固;选取多层多道焊，焊道档次如图1所示，焊接过程中对焊接试件300℃以上高温区域进行合理惰性气体；ぃ5－6］，具体焊接参数见表4。

3)检测和试验

实现焊接试件接头无损检测合格后，对编号2－2～2－6试板按划定热处置参数别离进行焊后热处置，随后将2－1～2－6号试板别离制备力学机能(拉伸、、、弯曲、、、硬度)及金相分析试样，并进行各项试验。

2、、、试验了局及分析

2.1无损检测

1)跟踪试件焊接过程，查抄试件焊缝理论外观，了局批注层道间；び帕，理论银白色，焊后试板变形角度小于1°，焊道光滑美观;2)按NB/T47013.5—2015《承压设备无损检测第5部门:渗入检测》进行着色检测，焊缝理论未发现缺点，I级合格;3)按NB/T47013.2—2015《承压设备无损检测第2部门:射线检测》进行全数射线检测，技术等级为AB级，像质计为像质计6Ti12，检测了局评定均为I级片。

跟踪查抄试件焊接过程及实现接头理论，焊道及试件接头理论均为银白色，当试件焊缝厚度达到10mm以上时，尾；ぱ∪⌒≌直；、、、背；と〉，节制层道间温度，焊道维持银白色状态，批注新型钛合金焊接过程散热前提好;试件焊接选取单面焊背面封底，选取反变形和强制固定防变形，共同多层多道焊，强制固定前提下，焊道及焊缝未出现开口缺点，批注焊缝金属拥有较好抗裂性;试件焊缝着色和射线检测，理论和内部均未发现裂纹、、、气孔、、、未熔合等缺点，接头质量优异，批注选取氩弧焊焊接TA24，；ず头来敬胧┣泻弦蟮那榭鱿，焊接接头拥有优良塑韧性和冶金焊接性，不会出现间隙元素传染及气孔等问题。

2.2力学机能

1)高温力学机能

合金Ti-3Al-2Mo-2Zr高温力学机能试验了局见表5，典型高温曲线如图2所示。

由表5了局看，随试验温度提高，强度呈降落趋向，高于650℃时，强度降落显著，750℃与800℃时屈服强度变动不大，延性降低;断面收缩率和延长率在低于650℃时较为不变，在700℃时显著提高。凭据焊后高温加热屈服蠕变消应力机理，屈服强度降低和延长率提高将有利于焊策应力推进金属实现屈服蠕变，保险焊后解除应力热处置顺利有效执行，因而650～750℃焊后消应力热处置的成效更好。

图2为几种典型温度拉伸力值F－变形L曲线，纵轴为力值F，横轴为变形量L。从拉伸力值—变形曲线看，650℃时，Ti-3Al-2Mo-2Zr合金高温拉伸时仍维持了一个不变悠久的高强抗拉机能，当700℃时高强度持续功夫显著缩短，有利于金属在焊策应力作用下实现急剧蠕变屈服，确：负笙αΤ尚。

2)焊后热处置接头机能

参照JB/T4745—2002《钛制焊接容器》机加工制备新型钛合金焊接接头尺度板状拉伸试样、、、侧弯试样、、、10mm×10mm×55mm焊缝V型缺口冲击试样，试验了局见表6。

从拉伸试验了局看，新型钛合金焊接接头拉伸试样均以塑性断裂大局断于焊缝：附幼刺潞阜煊肽覆牡惹，随着热处置温度提高，焊接接头抗拉强度呈逐步降落趋向，800℃，1h热处置后，接头抗拉强度仍达到母材的85%，高于母材最低抗拉强度要求，注明本焊接工艺前提下，新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金焊接接头未出粗壮组织造成机能变动，经过低于相变的加热过程后，合金和焊接接头依然拥有较高强度。注明资料及焊接接头拥有较好耐热机能。

参照JB/T4745—2002《钛制焊接容器》制备新型钛合金弯曲试样，按α=90°，D=10s弯曲参数进行弯曲试验，各组侧弯试样拉伸面没有发现超标开口缺点，有个别试样出现开口，但小于3mm;新型Ti-3Al-2Mo-2Zr钛合金0℃V型缺口冲击值在60～80J变动，热影响区稍有降低，冲击吸收功随热处置温度的变动不显著，批注新型钛合金在焊接和分歧温度焊后热处置后均阐发优良的塑性和韧性。

2.3硬度及微观金相组织

2.3.1硬度检测

对所有焊接及热处置试件制备金相试样，进行微观金相分析和HV10硬度检测(检测步骤按图3)，检测了局见表7。

对表7了局分析来看，焊缝硬度低于母材，热影响区硬度高于母材，随焊后热处置温度提高，焊接接头各区域的硬度有稍许降低;试验2－1和2－6焊缝、、、热影响区硬度凹凸差距较大，其余试验接头各区硬度差距较小，且较均匀;批注焊接状态和800℃高温焊后热处置接头，存在焊策应力或显著组织不均匀性，在550～750℃焊后热处置，随温度提高，焊策应力降低，组织均匀性改善，接头硬度差距减小，批注焊后热处置对新型钛合金焊策应力变动和焊缝部门抗变形能力有肯定作用。

由于填充金属选用了低合金化、、、低杂质焊接资料，焊缝合金含量低，焊接时多层多道焊后焊道对前层焊道热处置作用，造成焊缝硬度低于母材;热影响区由于焊接屡次加热快冷造成组织不均匀和脆硬组织出现，硬度有所提高。

2.3.2微观金相检测

对新型钛合金焊接及热处置试件的微观金相试样进行分析，典型温度焊接接头微观组织检测了局见图4～6。

由图4～6可见，新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金焊接接头，母材显微组织由块状、、、大量片状α相及少量β相组成，块状和片状α相孪晶成长，层状散布;热影响区块状、、、片状和针状α存在，未发现显著粗壮组织;焊缝组织为大量大片状α和少量β组织，组织巨细差距很大。随焊后热处置温度提高，母材块状α削减，片状α增多，热影响区块状α削减，片状和针状α稍微长大，焊缝组织不均匀性越发显著［7－8］。

新型钛合金焊接接头重要由片状或针状、、、少量块状α和β相组成，铝、、、锆置换固溶于α钛，少量β第二相存在，形成大量片状或针状α且孪晶成长，保障资料及焊接接头拥有较高强度;随焊后热处置温度提高，置换固溶体的高温组织不变性使新型合金组织不变性提高，高温加热后片状或针状α稍微有所长大，硬度和强度稍有降落，但依然能维持较高强度。大片状α和少量β相微观组织焊缝，热影响区针状α组织存在，使焊缝硬度较低，热影响区硬度较高，这与焊接过程中焊缝、、、热影响区受热过程分歧有关。

3、、、结论

凭据对新型Ti-3Al-2Mo-2Zr钛合金试验过程及了局分析，能够看出:

1)新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金选取钨极氩弧焊焊接，选用低合金低杂质配套焊丝，在上述焊接工艺措施前提下，焊接过程不变，接头质量优异，拥有优良冶金焊接性。

2)随试验温度升高，新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金强度呈降落趋向，高于650℃后，强度显著降落，700℃左右塑性显著提高，凭据焊后热处置机理，新型合金热处置当在650～750℃进行焊后热处置，有利于保障焊后热处置的成效。

3)在设定的焊接试验前提下，新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金焊接接头，焊态可达到与母材等强，在低于相变温度下进行焊后热处置后，接头均维持极高强度，高于母材最小抗拉强度要求，批注其拥有优良耐高温机能。

4)新型Ti-3Al-2Mo-2Zr合金焊接接头高强度及优良综合机能与合金元素形成的置换固溶及少量β第二相的不变存在有关，置换固溶体和少量第二相的存在，维持了片状或针状α大量存在且孪晶成长，受热影响组织变动较小，使资料和焊接接头维持了高强度和和耐热性，且拥有优良的塑韧性和致密性;由于含有钼和锆，拥有与TA10相当的耐蚀性，是一种在耐蚀行业同样拥有潜在使用价值高机能耐蚀耐热钛合金。

参考文件

［1］ValentinN.Moiseyev.Titaniumalloys:Ｒussianaircraftandaerospaceapplications［M］.DongBaoming，ZhangSheng，GuoDelun，etal(Translation).Beijing:AircraftIndustryPress，2008.

(瓦利金N莫依谢耶夫.钛合金在俄罗斯飞机及航空航天上的利用［M］.董宝明，张胜，郭德伦，等，译.北京:航空工业出版社，2008.)

［2］HuangBoyun.Chinamaterialengineercanon:Nonferrousmaterialengineer-Volume1/2［M］.Beijing:ChemicalIndustryPress，2005:582－583.

(黄伯云.中国资料工程大典:有色金属资料工程(上卷)［M］.北京:化学工业出版社，2005:582－583.)

［3］WangTing.TheweldabilityevaluationofalloyTi-6Al-3Nb-2Zr-0.8Mo［J］.MaterialDevelopmentandApplication，2003，18(6):35－37，42，46.

(汪汀.Ti-6Al-3Nb-2Zr-0.8Mo合金的焊接性评价［J］.资料开发与利用，2003，18(6):35－37，42，46.)

［4］WenZhigang，WangWeiqi，WangXiaoxiang，etal.Effectsofheattreatmenttemperatureonmicrostructureandmechanicalproper-tiesofTi-6Al-3Nb-2Zr-1Moalloyplate［J］.TheChineseJournalofNonferrousMetals，2010，20(Special1):647－649.

(文志刚，王玮琪，王小翔，等.热处置温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金板材显微组织和机能的影响［J］.中国有色金属学报，2010，20(专辑1):647－649.)

［5］EditorialCommitteeforChemicalIndustryEquipmentDesignEncyclopedia.Titaniumchemicalindustryequipment［M］.Beijing:ChemicalIndustryPress，2003.

(化工设备设计全书编纂委员会.钛制化工设备［M］.北京:化学工业出版社，2003.)

［6］WeldingSocietyofChineseMechanicalEngineerSociety.Weldingmanual(Vol.2)［M］.Beijing:ChinaMechinePress，1993.(中国机械工程学会焊接学会.焊接办册(第2卷)［M］.北京:机械工业出版社，1993.)

［7］Terminologyandmetallographsfortitaniumandtitaniumalloys［S］.GB/T6611—2008.

(钛及钛合金术语和金相图谱［S］.GB/T6611－2008.)

［8］Editorialcommitteeformetallographsformetalmaterials.Metallographsformetalmaterials(Volume2/2)［M］.Beijing:Mechani-calIndustryPress，2006.

(《金属资料金相图谱》编纂委员会.金属资料金相图谱(下册)［M］.北京:机械工业出版社，2006.)