新型鈦合金焊接接頭的力學性能

新型鈦基耐蝕合金X-2#的化學成分（質量分數, %）為：C≤0.01，Cr20.0，Mo1.0，Al1.0，W4.0，Fe10.0，Ti1.0，Ni余量。鈦合金經過真空感應熔煉、鍛造和熱軋成板材后，進行固溶處理待用。焊接母材為固溶態，固溶處理制度為1120℃，30min水冷。焊接工藝為手工氬弧焊，焊接方式為雙面焊，焊絲使用材料為X-2#合金，焊接坡口為X型坡口。焊接電流正面和背面均為110～120A，焊接速率正面為130～140mm/min，背面為150～160mm/min；槍保護氣為20L/min，背保護氣為10L/min。試驗結果如下：

（1）新型耐蝕合金X-2#焊接接頭組織均為單相奧氏體，焊縫為連續冷卻的鑄態組織，焊縫重熔區等軸晶組織較多，熔合區從基體到焊縫金屬組織過渡良好，熱影響區沒有晶粒明顯粗化現象。
（2）X-2#鈦合金基體的Vickers硬度大于焊縫區，焊縫區為硬度最低的區域，但焊縫重熔區的Vickers硬度高于正反兩面焊縫區，并與基體硬度相近。
（3）在室溫到700℃下，焊接接頭的抗拉強度均低于母材，焊接系數大于88.1%，接頭強度及其焊接性較穩定，能夠滿足超臨界條件下使用的要求。
（4）隨著拉伸實驗溫度的升高，鈦合金焊接接頭的20、300和400℃拉伸斷口為韌窩形貌的韌性斷口，韌窩淺小，塑性、韌性較低。500、600和700℃拉伸斷口為韌窩和撕裂棱形貌的混合型韌性斷口，撕裂棱多，高溫強度較好。斷裂機制為正斷與剪切斷的混合斷裂。

超臨界水環境中預熱器或反應器的使用材料通常要求有較高的高溫持久強度、較強的抗蒸汽氧化和抗腐蝕性能、優良的加工性能以及經濟性等。目前，材料的研發工作主要集中于鐵素體/馬氏體鋼（F/M鋼）、氧化物彌散強化鋼（ODS）、奧氏體不銹鋼和鈦基合金這幾類材料上。但經綜合分析，鈦基合金更有望成為超臨界環境下的首選材料。因此，一種含10%Fe（質量分數）的新型鈦基合金X-2#被研制成功，其具有良好的高溫強度、塑性和組織穩定性，在760和1000℃下幾乎不氧化，其抗高溫氧化性能優異，且在PO43-為主的環境中超臨界條件下耐腐蝕性比671、C-276和625合金更有優勢，應用前景十分可觀。科研人員主要研究了新型鈦基耐腐蝕合金X-2#焊接接頭的組織和力學性能，為合金將來的應用提供可靠的理論數據支撐。