2024年7月，哈尔滨焊接研究所、北部湾大学、宁夏大学等在Journal
of Materials Research and Technology期刊合作发表《A new
Ti-Al-Cr-Mo-Zr titanium alloy welding wire: Stability, microstructure and mechanical
properties》。 研究背景 为了提高钛合金焊接接头的塑性，目前相关学者较多着重于研究合金元素Mo和V的作用机理，如降低焊缝的相变温度，保证焊缝中一定数量β相的残留，除了可以提高钛合金焊接接头的稳定性和强化能力的同时还能够保持接头一定程度的塑性，但是韧性较差仍是制约其在恶劣服役环境下长期稳定工作的关键问题。团队设计开发了一种新型Ti-Al-Cr-Mo-Zr钛合金实心焊丝，通过Ti、Al、Cr、Mo和Zr等元素的协同作用，可以细化焊缝组织晶粒的同时还能保证焊丝具有足够的挺度，在送丝过程中可以保持平直态送入激光束中心工作区域，保证了液态熔池金属在焊接过程中具有良好的润湿及铺展流动性能，可以获得较好的焊缝成形；焊缝中α'马氏体和β相的相对含量分别为76.79%和23.21%，板条α'马氏体之间穿插着残留β相，β相为材料的塑性变形提供了路径，使位错滑移更易于通过β/α'界面；同时在α'马氏体内部可以发现较多的位错滑移通道和少量的细孪晶，保证强度的同时还可以兼顾塑韧性。 测试结果 经过测试发现焊接接头平均抗拉强度达901 MPa，已接近母材的95%，焊接接头的平均断后伸长率达21%，室温冲击韧性数值在25 J~33
J之间分布，满足焊接接头强度和塑韧性协同作用的要求，适用于Ti64双相钛合金焊接结构在恶劣工况环境下的长期稳定服役。 Fig.1
Diagram of welding process Fig.2 Droplet transfer process during welding Fig.3 Microstructure of welded seam(a)Macroscopical appearance (b)~(c)
Microstructure of TD direction(d)~(e) Microstructure of BD direction(f)~(g)
Microstructure of SD direction Fig.4
EBSD orientation images of welded seam(a)IPF (b)KAM (c) Statistical graph of
grain size distribution (d) Statistical graph of grain boundary angle
distribution Fig.5
TEM of welded seam(a,b,d,e),and SAED pattern(c) Fig.6 Tensile of titanium alloy welded joints；Hardness distribution along the welded joint Fig.7
Microstructures and morphologies of tensile specimens after fracture(a)~(b)The
microstructure and morphology of fracture surface of sample 1(c)Macroscopical
appearance(d)~(e)The
microstructure and morphology of fracture surface of sample 2 Fig.8
Microstructure evolution (a)Welded seam (b) Heat-affected zone 研究结论 （1）Ti-Al-Cr-Mo-Zr钛合金实心焊丝在窄间隙坡口内以液桥过渡模式实现激光填丝焊接，焊丝熔化过程稳定且无飞溅，焊丝在层间流动铺展性良好未出现侧壁未熔合缺陷，最终凝固形成成形美观且无缺陷的焊缝，使焊接接头的安全服役具有可靠的保障。 （2）焊缝中2 °~10 °的小角度晶界占比为2.8%，大于10 °的大角度晶界占比为97.2%；焊缝区域的几何位错密度较低，焊缝中的小尺寸晶粒的占比较大，焊缝在密排六方晶体结构常见滑移系｛0001｝<11-20>的Schmid因子＜0.15区间的占比为14.20%，Schmid因子在0.4~0.5区间的占比为26.5%；焊缝3个基面均表现出总体取向性不强，织构不明显且分布随机，最大基面取向密度MUD仅为14.35，焊缝金属纵截面晶粒显微组织在RD方向择优取向较弱。 （3）焊丝中Cr元素可以降低焊接接头中β相转变温度，从而延长了高温β相固溶时间，使固溶过程更充分，有利于β相的残留，β相的FCC结构可以提供更多滑移系统，使焊接接头在拉伸过程中可以发生更多塑性变形。同时，合金元素Zr会产生一定的晶格畸变，并可以避免高含量的Al元素造成Ti3Al的形成，同时还能抑制焊缝在冷却过程ω相的形成。 （4）焊接接头的焊接接头平均抗拉强度达901 MPa，已接近母材的95%；焊接接头的平均断后伸长率接近21%，已经显著超过了母材；焊接接头的HV0.5显微硬度分布总体呈现焊缝区＞热影响区＞母材区的分布规律；焊接接头室温冲击韧性结果在25 J~33 J之间分布，试样断口由尺寸较大且较深的韧窝组成，呈微孔聚合韧性断裂特征。
