机械工程学报

作者：赵鹏康, 洪振宇, 张敏, 肖旭东, 袁启龙, 陶军, ANTUNES Elsa, 麻宁绪

单位：1. 西安理工大学教育部数控机床及机械制造装备集成重点实验室 西安 710048;2. 大阪大学接合科学研究所 大阪 567-0047 日本;3. 西安理工大学材料科学与工程学院 西安 710048;4. 中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室 北京 100024;5. 詹姆斯库克大学科学与工程学院 昆士兰 4811 澳大利亚

关键词：TC21钛合金,线性摩擦焊,双重低温退火,组织与织构,高韧性机制；

基金：国家自然科学基金面上(52274395)、航空科学基金(ASFC-202200110T6001)、国家留学基金(CSC202208615069)、教育部数控机床及机械制造装备集成重点实验室开放课题(SKJC-2022-05)、陕西省重点研发计划(2023-YBGY-347)、陕西省自然科学基金(2023-JC-YB-382)、西安市碑林区应用技术研发(GX2447)、西安理工大学国际科合作促进(2024GHCJ009)和企业委托技术开发(2024610002014495, 20246100020

线性摩擦焊(Linear friction welding,LFW)是实现钛合金高质量连接的有效方法。然而，接头焊缝区等轴晶及晶内球状弥散颗粒在提高接头强塑性的同时显著降低了接头韧性，TC21焊态接头韧性(16.7±0.5 J/cm2)仅为母材韧性(62±1 J/cm2)的27%。前期研究表明，片层交错网篮组织有助于提高接头韧性。因此，本研究通过系统探讨不同退火热处理条件下接头焊缝区微观组织演变，旨在获得交错网篮组织结构。试验结果表明，在四种退火条件中，双重低温退火能够有效调控接头组织，使接头韧性从母材的27%大幅提升至81%。拉伸试验后，试样断裂于接头附近母材区域，硬度分布由马鞍状转变为均匀稳定态。接头焊缝区等轴晶粒和原始晶界发生弱化，弥散晶粒转变为片层交错网篮组织，α相比例从35%升高至82%，小角度晶界比例从64.2%下降至38.8%，动态再结晶比例从20.2%增加至43.5%，史密斯因子在0.4～0.5区间比例从64.6%下降至34.3%。以上结果均表明接头由解理断裂模式转变为韧性断裂模式，从本质上揭示了接头高韧性化内在机制，为钛合金高强韧性连接技术的优化提供了理论依据和技术支撑。

来源：2025年第12期

《机械工程学报》期刊编辑部

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