钛合金因其密度幼、比强度高、热不变机能好蹬着异的综合机能成为航空发起机结构件、飞行器整体叶盘、叶轮、骨架、起落架等飞机结构部件的主选资料。此表，它还宽泛利用于生物医学、原子核、石油化工、海洋、医疗等领域。钛合金通Ｄ芄环治列汀ⅵ+β型和β型钛合金。β型钛合金依照钼当量(Moeq)和亚稳态相组成分为3类：不变β型钛合金、亚不变β型钛合金和近β型钛合金。合金钼当量大于25%时，合金没有热处置效应，属于不变β型钛合金；合金钼当量在13.8%~25%时，合金为亚不变β型钛合金，亚不变β型钛合金从β相区固溶处置后急剧冷却能够得到亚稳β相；钼当量在8.5%~10.8%时，合金为近β型钛合金。高强度亚稳态β型钛合金凭借优良的力学机能与优异的热处置工艺性，在航空航天工业被宽泛用作结构零件。Ti–3773属于这类亚稳态β型钛合金。

针对钛合金良好的耐侵蚀机能，陈跃良等钻研了分歧浓度NaCl溶液下典型铝/钛合金电偶侵蚀当量折算关系。赵平平等钻研了TC4钛合金的电化学侵蚀行为。彭文山等钻研了TA2纯钛在流动海水中的侵蚀机能。显然，对新型亚稳态β型钛合金Ti–3773侵蚀机能进行深刻钻研也是必要的。

焊接是钛合金零部件出产过程中的一个关键技术。在所有的焊接步骤里，激光焊接拥有能量密度高，扰装响区幼，焊接速度快以及自动化潜力高蹬着点。学者们萦绕焊接工艺对激光焊接质量的影响发展探求。针对钛合金激光自熔焊，钻研人员也在不休索求其工艺个性以及自熔焊后的组织机能。目前，对新型亚稳态β型钛合金，尤其是对Ti–3773合金激光焊接接头的有关钻研仍处于空缺，关于该合金焊接接头力学机能与侵蚀机能的钻研工作仍需进一步发展。

针对新型Ti–3773合金，本文选取激光自熔焊接试验，利用XRD衍射分析仪、光镜与电镜对其焊接接头组织进行观察，并使用硬度计、全能拉伸试验机测试了其硬杜纂力学机能，最后在3.5%NaCl溶液中进行了极化曲线测定，对其侵蚀机能进行了钻研。

1、试验及步骤

1.1试验资料与激光焊接试验

选取真空自耗电弧炉熔炼出Ti–3773合金锭作为试验资料，化学成分见表1。将钛锭经过1050℃保温5h后起头铸造，终锻温度为900℃，最终得到厚60mm的板材。

表1Ti–3773合金的化学成分(质量分数)%

铸造板材经电火花线切割获得50mm×40mm×3mm的试样。使用RFL–C4000X型4000W陆续光纤激光器，焊接工艺参数:(1)焊接功率为1900W、2200W、2400W、2700W、2900W，焊接速度为14mm/s;(2)焊接功率为2200W、2300W、2400W、2500W、2600W，焊接速度为10mm/s。别离使用流量38L/min和15L/min的氩气作为焊缝正面和背面的；て，离焦量设为+10mm。

1.2Ti–3773合金激光焊接接头组织机能分析

别离利用COIC–ZSA403陆续变倍体视显微镜、Olympus–GX71金相显微镜、Zeiss–Sigma型扫描电子显微镜分析Ti–3773激光焊接接头左近的显微组织，利用Rigaku–UltimaIVXRD衍射分析仪进行物相分析。在母材与焊接接头地位别离截取3块拉伸试样。

拉伸试验由RG3050微机节造电子全能试验机实现，拉伸速度为0.5mm/min;硬度检测选取HVS–1000数显维氏硬度计，载荷1kg，加载功夫15s。

1.3Ti–3773合金激光焊接接头极化曲线测定Ti–3773合金试样激光焊接后，从其焊缝、扰装响区、母材沿焊缝中心部位别离截取3个尺寸为10mm×10mm×3mm的试样。焊接接头微观截面的整体描摹如图2所示。

试样经过处置后，在室温下选取Auto-Lab电化学工作站，凭据尺度ASTMG5在3.5%NaCl溶液中进行极化曲线测定。试验选取三电极系统，参比电极为鼓和甘汞电极(SCE)，辅助电极为铂电极。电化学侵蚀具体试验参数：扫描速度0.06mV/s、丈量电势–800~+120V，全浸泡侵蚀功夫30min。

2、了局与分析

2.1焊接机能

Ti–3773合金在焊接功率1900W、2200W、2400W、2700W，焊接速度14mm/s工艺参数下，自熔焊焊接接头微观截面如图3所示。当焊接功率1900W时，接头未被齐全焊透(图3(a))；当焊接功率增长到2200W、2400W时，合金被焊透，此时焊缝呈“丁”字形，焊缝下端变窄(图3(b)和(c))；当焊接功率增长到2700W时，焊缝呈“X”或“沙漏”形(图3(d))，此时，焊缝平坦，纹理陆续、清澈，无各类缺点。

合金以焊接速度10mm/s、焊接功率2200W焊接时，焊缝呈“丁”字形，与图3(b)和(c)一致；以焊接速度10mm/s、焊接功率2300~2500W焊接时，自熔焊微观截面与图3(d)一致。

合金别离在焊接功率2600W、焊接速度10mm/s和焊接功率2900W，焊接速度14mm/s焊接后，拉伸机能见表2，能够看出，合金的强度显著降低。

表2Ti–3773合金在分歧焊接参数下的拉伸机能

2.2显微组织

图4为焊接前Ti–3773合金的原始组织。经过铸造后，钛合金β晶粒较为粗壮且变形。由于钛锭体积大，在空冷过程中冷却较慢，少量藐幼的α相在变形β晶粒及其晶界处析出。

图5为Ti–3773合金经过焊接功率2400W，焊接速度10mm/s激光焊接后的显微组织。焊缝中心为极度粗壮的β晶粒(图5(a))；在焊缝中心上表表仍可见粗壮β晶粒(图5(b))；而在扰装响区，β晶粒碎化，险些找不到较大的β晶粒(图5(c))。焊缝截面中心呈树枝晶的铸造组织(图6(a))；藐幼的α相在扰装响区出现(图6(b))。

2.3物相分析

Ti–3773合金的XRD衍射图谱如图7所示。Ti–3773合金中含β相不变元素V、Cr，尤其有质量分数6.9%的Mo元素(表1)。钛合金中的α相属于密排六方结构，β相以及Mo、V、Cr元素同属于体心立方结构。凭据晶体结构分析，Ti–3773合金经过激光焊接后母材与焊缝中强度较大的衍射峰为β相以及Mo、V、Cr元素，母材中应含β相和α相；而焊缝中α相的衍射峰则很弱，险些齐全看不到。焊缝中只存在β相，无α相(图7)。由XRD衍射图能够揣度，焊缝中心应该由单一的β相组成。

2.4最佳焊接参数下的拉伸机能与硬度了局

Ti–3773合金的拉伸机能如图8所示。3块母材试样的抗拉强度别离达到了1231.53MPa、1161.47MPa和1203.91MPa;3块焊接接头则仅为721.29MPa、987.55MPa和858.65MPa。焊接接头的抗拉强度均匀值为母材的71.38%。3块焊接接头试样的伸长率别离达20.37%、14.56%和15.68%;而3块母材的伸长率则仅别离为5.38%、7.46%和6.21%。焊接接头的伸长率均匀值是母材的265.67%，这注明Ti–3773合金焊接接头拥有更好的塑性。

图9为该试样激光焊接后母材与焊接接头拉伸时的应力–应变曲线。Ti–3773合金焊接接头3块试样在拉伸过程中，其应力–应变曲线均延长的较长，而母材3块试样的应力–应变曲线虽延长的较短，但阐发出较高的应力值。

图10为Ti–3773合金焊接接头各区域硬度散布示意图。扰装响区阐发出硬度最高值(301.1HV10);母材有的部位阐发出较高的硬度(296.9HV10)，有的部位硬杜字为最低值(280.8HV10)。扰装响区的均匀硬度(296.4HV10)远高于母材和焊缝(图11)。

2.5断口特点

图12为Ti–3773合金母材与焊接接头扫描电韭翻伸断口。母材的断口为韧窝断口描摹(图12(a))，注明母材经过相当水平的塑性变形；焊接接头的韧窝孔洞显著加深(图12(b))，批注与母材相比，激光焊接接头的塑性变形能力更好。

2.6极化曲线了局

Ti–3773合金母材与焊接接头极化曲线如图13所示。只管从扰装响区和焊缝处取样测其极化曲线存在误差，但母材、扰装响区及焊缝的耐侵蚀机能仍显著分歧。表3为从动电位极化曲线数据上测算出的侵蚀参数。

表3Ti–3773合金动电位极化曲线估算的侵蚀参数

从表3能够看出，Ti–3773合金焊接后，其母材、焊缝与扰装响区部门的自侵蚀电位差距显著，而侵蚀电流密度母材与焊缝齐全一致，均为1.97515×10^?7A/cm²。Ti–3773合金自侵蚀电位最高的是母材金属，为–0.3929V，最低的是扰装响区，为–1.066V，该处侵蚀电流密度最高，达3.6191×10^?7A/cm²。

2.7焊接机能、拉伸机能与侵蚀机能分析

2.7.1焊接机能

别离以焊接速度10mm/s、14mm/s进行焊接，当焊接功率较幼时，焊缝呈“丁”字形，此时不利于薄板之间的对接焊，容易产生未熔合、组织成吩飓析等焊接缺点。当焊接功率增长，焊缝呈“X”形(图3(d))，此时焊缝质量最好。焊接功率持续增长，焊缝拉伸机能变差(表2)，这源于焊接功率过大，焊接区域过热所致。由于过热导致晶粒粗壮，强度降低，其抗拉强度仅为最佳焊接参数下的50%。因而，Ti–3773合金最佳的焊接参数领域：焊接功率为2300W、2400W、2500W，焊接速度10mm/s;焊接功率为2600W、2700W、2800W，焊接速度为14mm/s。

2.7.2拉伸机能

Ti–3773合金焊接后，焊缝中心由平行成长的胞状树枝晶铸态组织组成(图5(a))。在焊接热循环下，已经凝固的焊接熔池温度降落缓慢，熔池内游离的籽晶以熔合线上部门溶解的母材作为形核的基底进行非自觉形核，而这些基底的取向互不一样，取向与热流方向平行的枝晶相对于取向不利的枝晶成长速度更快，它们会占据更多的成长空间，抑造了取向不利的枝晶成长，从而使晶体阐发出竞争性成长。焊接实现后β相在凝固时充分成长了局，使焊缝表表存在较大的β晶粒(图5(b))。

本钻研钛合金含有的Mo、V、Cr是β相不变元素，Mo的质量分数为6.9%(表1)，Mo的增长使钛合金强度提高。凭据文件，Mo当量的推算公式为：

式中，各数字暗示相应元素的质量分数。凭据式(1)进行推算，Ti–3773合金中，钼的质量分数为20.46%。凭据文件，此β钛合金能够获得100%的β相，并且激光焊接熔池的冷却速度极快，α相来不及析出，所以能够确定试验钛合金的激光焊接焊缝物相为单一的β相(图7)。如前文所述，在焊接热循环下，焊缝为粗壮的β晶粒(图5(a))。凭据霍尔–佩奇公式，晶粒粗壮则强度降低，而伸长率提高。一方面，Ti–3773合金中的Al、Mo、V、Cr元素，自身不仅细化晶粒，对合金起着细晶强化的作用，同时对合金还有固溶强化的作用；另一方面，母材中除β晶；褂忻暧爪料辔龀(图4)，对于这种亚稳态β型钛合金，其强度重要起源于α相的沉淀行为，也就是说母材中还存在着沉淀强化。然而，强度提高的同时也会损失塑性。因而，合金激光焊接后母材的强度远高于焊接接头，而焊接接头的伸长率则高于母材(图8和9)，激光焊接接头阐发出了更好的塑性变形能力(图12)。

扰装响区部位β晶粒尺寸较焊缝区幼(图5(c))，因其晶界密度增长，造成细晶强化；在焊接热循环影响下，β晶界部位α相析出(图6(b))，造成沉淀强化。因而，扰装响区的硬度达到了最高值(图10和11)。由于母材部位存在α相的沉淀强化作用，当硬度测试时硬度计压头刚好打在α相沉淀析出的点上，以至其阐发出较高的硬度；由于藐幼α相的沉淀析出是少量的，当压头刚好没有打在α沉淀相的析出部位，而仅仅打在粗壮的β晶粒内部时，会使其阐发出最低值。因而，焊缝左右侧的母材硬度差距较大(图10)。

2.7.3侵蚀机能

Mo的增长改善了焊接钛合金的侵蚀机能，同时，Ti–3773合金激光焊接后的侵蚀机能还直接受其显微组织所影响。晶粒细化可能加快资料的侵蚀速度，均匀晶粒尺寸降低，钛合金的耐侵蚀性变差。焊接接头扰装响区存在α、β两个相，这两个相的尺度电极电位分歧，因而在侵蚀溶液中会形成侵蚀微电池，加快焊接接头的侵蚀。扰装响区的组织最细，其微电池数量最多，自侵蚀电位最低，扰装响区耐侵蚀机能最差。晶粒均匀尺寸越大的资料，其耐侵蚀性越高。晶粒尺寸增大后晶界能的削减使得侵蚀表表的宏观总体缺点数量削减，耐蚀性提高。资料的自侵蚀电位越高，同时侵蚀电流密度值越低，其耐侵蚀机能越好。母材的β晶粒粗壮，其微电池数量至少，因而自侵蚀电位最高(图13和表3)，其耐蚀性最好。

Ti–3773合金焊接后，将母材、焊缝区与扰装响区部门的极化曲线(图13)以及其自侵蚀电位和侵蚀电流密度进行比力(表3)，母材的自侵蚀电位高于焊缝区与扰装响区，母材拥有相对较弱的侵蚀偏差。经过激光焊接后，合金焊接接头部位的耐蚀性变差，扰装响区的自侵蚀电位值最低(表3)，而侵蚀电流密度最高，注明扰装响区拥有最差的耐侵蚀机能。因而，由于微电池作用，Ti–3773合金的母材、扰装响区与焊缝区中，母材的耐侵蚀机能最好。经过激光焊接后，Ti–3773合金分歧区域的耐蚀性阐发为:母材焊缝区扰装响区。

3、结论

(1)本文钻研新型Ti–3773合金激光自熔焊接最佳的焊接参数领域：焊接功率为2300W、2400W、2500W，焊接速度为10mm/s;焊接功率为2600W、2700W、2800W，焊接速度为14mm/s。

(2)在焊接功率2400W，焊接速度10mm/s下，合金母材组织为粗壮的β晶粒和少量的藐幼α相。激光焊接后，焊缝中心由单一粗壮的β相组成，在扰装响区处转为藐幼的β晶粒和少量的弥散的α相。

(3)在焊接功率2400W，焊接速度10mm/s下，合金激光焊接接头的抗拉强度均匀值为855.83MPa，为母材处抗拉强度均匀值(1198.97MPa)的71.38%，其伸长率均匀值为16.87%，是母材伸长率均匀值(6.35%)的265.67%。扰装响区部位因β晶粒藐幼造成细晶强化以及α相析出的沉淀强化，其硬度达最高。激光焊接接头阐发出了更好的塑性变形能力。

(4)在最佳的焊接参数下，Ti–3773合金经过激光焊接后，母材的自侵蚀电位最高，为–0.3929V，其耐蚀性最好。扰装响区的侵蚀电流密度达3.6191×10^?7A/cm²，其耐侵蚀机能最差。经过激光焊接后，Ti–3773合金的耐蚀性为母材>焊缝区>扰装响区。

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（注，原文标题：新型Ti–3773合金激光焊接接头力学机能与侵蚀机能的钻研）