引言

核动力航空是未来航空领域的一项前沿先进技术，占有潜在的巨大优势并面对巨大的挑战。锆合金作为核反映堆结构资料[1-2],拥有优异的耐侵蚀机能、力学机能、高温不变性和低中子截面等特点[3-4]，被宽泛利用于化工和核工业。钛合金作为一种轻质合金，因其优异的力学机能和耐侵蚀性被宽泛利用于航空航天领域[5~7]。锆和钛都拥有HCP结构，并在微观上阐发出类似性。因而,锆合金与钛合金的结合能够在维持优异机能的同时实现轻量化设计。在从前的钻研中,钻研人员索求了分歧的焊接步骤和工艺，以实现锆合金与钛合金的有效衔接。SUN等[8]成功地利用钛作为中央层,实现了Zr-4合金的低温扩散衔接。在650℃时，剪切强度达到294MPa。LI等[9]对TA1和Zr-4合金表表进行了纳米技术处置,成功实现了钛和锆的扩散焊接。钻研了局批注,纳米处置后的接头缺点削减,抗拉抗剪强度比原接头提高112.9%。GAREEV等[10]对1mm厚的Zr-4合金和钛合金OT4板材进行了锁孔式电子束焊接，得到了险些没出缺点的焊接接头，接头强度达到738MPa。固然扩散焊、电子束焊等焊接步骤在机能上已经满足了工业需要，但在现实出产过程中，扩散焊通常必要较长的焊接功夫，导致效能较低;而电子束焊必要真空环境,对设备要求较高。电阻点焊(RSW)作为一种常用的金属衔接步骤，在汽车、航空以及核燃料领域得到了宽泛的利用[11-15],拥有操作单一高效、成本低、焊接质量高档特点。因而，本钻研选取电阻点焊工艺发展R60702锆合金与Ti6Al4V(TC4)钛合金的焊接,并对焊接接头的组织和力学机能进行分析评价。本钻研添补了锆合金和钛合金电阻点焊工艺的空缺，对核动力航空拥有沉要的潜在意思。

1、资料和步骤

R60702合金的质量分数为2.22 wt.% Hf、0.044 wt.% Fe、0.009 wt.% Cr和余量Zr,TC4合金的质量分数为6.15 wt.% Al、3.96 wt.% V和余量Ti。本钻研尝试选取尺寸为100mmx25mmx 1mm的TC4合金作为基材，R60702合金厚度1mm。电极资料选取半径为8mm的圆弧电极。整个焊接过程选取水冷却。焊接前用砂纸对表表进行打磨。R60702合金置于上电极，TC4合金置于下电极。尝试中设置的焊接参数为:焊接电流别离为6kA、8kA、10kA、12kA,焊接压力为2.4kN,焊接功夫为80ms。选取光学显微镜(OM，Smartzoom5)观察RSW接头的描摹。利用扫描电子显微镜(SEM)、Sigma 500和能谱仪(EDS)对其微观结构和元素散布进行了分析。选取X射线衍射(XRD，D8Advanced)对熔核区(NZ)进行物相分析;选取华银HV-1000A维氏显微硬度计进行硬度测试;选取UTM6104试验机，以2mm/min的速度进行拉伸-剪切试验。拉剪试件尺寸为100mmx25mm。

2、了局与会商

接头宏观描摹如图1所示。

焊接接头阐发为非对称熔核，可显著观察到两侧熔核宽度差距，即TC4合金侧宽于R60702合金侧,重要是由于R60702合金与TC4合金在导热率和电阻率方面的巨大差距。熔核的活动方向是产生较高热量和阐发出较慢散热的区域。随着焊接电流的增大，熔核的尺寸逐步增大。如图2所示,随着焊接电流从6kA增长到12kA，熔核的尺寸呈线性增长趋向。

熔核的宽度从4.666mm线性增长到6.667 mm,而熔核的高度从1.449mm线性增长到1.625 mm。必要把稳的是，当焊接电流达到12kA时，焊接过程中会产生大量飞溅，如图3所示，在10kA焊接电流下,接头中产生了(Zr,Ti)固溶体。

此表，从图4中能够观察到，熔核中的元素散布均匀，批注获得了优良的冶金结合成效。然而，当热输入较幼时，两板之间的界面处存在间隙，无法实现优良的冶金结合。

图5为R60702合金、TC4合金母材和RSW焊接接头在分歧电流作用下的显微组织。

由图5(a)和图5(b)可知,R60702合金由致密分列的等轴HCP组织的a-等轴晶组成，晶粒直径约为40μm;TC4合金由均匀散布的等轴暗相α和亮相β组成。由于最低温度存在于熔池边缘，低熔点溶质优先在这些区域非均质成核。垂直于熔池边缘的成核晶粒在表延成长的驱动下沿相反的冷却方向长大为β粗柱状晶粒。随后，在更快的冷却速度驱动下,产生固相转变(β→a')。平行初生马氏体在固相转变初期迅速形核[16],并在晶界处终场成长。接着，次生马氏体逐步向垂直于初生马氏体的方向形核成长，形成相互缠绕的组织状态。最终的组织尺寸和描摹受冷却速度的节造。当冷却速度较大时，产生无扩散相变，形成脆硬相a'马氏体。随着冷却速度的降低，有形成篮状魏氏组织和平行板状魏氏组织的趋向。热输入的变动寂装响柱状晶粒的宽度，也影响魏氏组织和  α ′ 马氏体的尺寸。  α ′ 马氏体的尺寸随着热输入水平的增长而扩大,由图5(c)一图5(f)给出最热输入增长，TC4侧焊核马氏状态的变动，当焊接电流12kA时，马氏体出现显著的粗化。

接头的力学机能和断裂特点如图6图9所示。接头显微硬度散布如图6所示。

TC4合金母材和 R60702合金母材的显微硬度约为360  HV 500 g  和235  HV 500 g  ,而熔核的显微硬度约为340  HV 500 g  。焊接过程中形成的显微组织对焊接接头的显微硬度值有显著影响。R60702合金基体由a-等轴晶粒中密集分列的等轴HCP组织组成,而熔核组织由魏氏组织和  α ′ 马氏体组成,拥有较高的硬度。图7为峰值荷载数据，图8描述了在拉剪应力测试中观察到的断裂粉碎模式,图9为6kA~12kA焊接电流下R60702合金和TC4合金的断口描摹。

随着热输入的增长，均匀峰值负荷逐步上升。焊接电流为6kA时，均匀峰值负荷为4.29kN,失效模式为界面失效模式[17]。此时断裂面呈河道状，属于脆性断裂。在焊接电流为8kA时,均匀峰值载荷为6.51kN,并伴有部门界面粉碎模式。断口表表出现大量韧窝，属于塑性断裂。在焊接电流为10kA和12kA时，均匀峰值载荷别离达到7.75kN和6.29kN,失效模式过渡到拉拔失效。焊接电流为10kA时，断口出现大量韧窝,为典型的塑性断口;焊接电流为12kA时，断口出现解理面，阐发出脆性断裂特点。值妥贴心的是，在12kA时剪切峰值负载显示削减，这与焊接过程中产生的内部飞溅缺点有关，同时也和焊核内马氏体组织的粗化亲昵关联。

3、结语

1)钻研选取电阻点焊造备了R60702合金和TC4合金在分歧参数下的成型接头，接头呈非对称核块，并产生(Zr，Ti)固溶体，熔合区由魏氏组织和  α ′ 马氏体组成。

2)随着焊接电流的增大，接头的峰致翻剪载荷先增大后减幼，当焊接电流为10kA时，接头力学机能最佳，拉伸剪切峰值荷载达到7.75kN。

3)大热输入下接头拥有优良的力学机能,断口表表有大量的韧窝，显示出典型的塑性断裂行为。随着焊接电流的增大，断裂粉碎模式由界面粉碎模式转变为部门界面粉碎模式,再转变为拉出粉碎模式。

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（注，原文标题：R60702锆合金和Ti6Al4V钛合金电阻点焊的微观组织与力学机能钻研_唐顺安）