镍基单晶/多晶合金激光焊接接头的微观组织演化及高温变形行为

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高功率光纤激光焊接异质高温合金具有较大优势,但不可避免仍会在连接位置产生局部组织变化,甚至出现焊接裂纹而严重影响接头强韧性。而且异质合金接头作为叶盘的重要组成部分将承受高温和复杂应力的共同作用,对接头的服役安全性提出了更为苛刻的挑战。本文针对DD407镍基单晶合金、IN718镍基多晶合金进行光纤激光对接焊,研究不同工艺参数、热处理前后DD407/IN718异质焊接接头的微观组织演化行为、合金元素偏析和硬度分布特征,揭示了温度及应变速率对接头高温力学性能及拉伸变形行为的影响规律和机制。结果表明,优化工艺参数下的接头组织主要由平面晶区、胞状晶区、柱状晶区和等轴晶区组成,其中DD407侧熔合区仍主要为单晶组织,IN718侧熔合区为多晶组织,枝晶间区域分布有较多的Laves相及碳化物颗粒。热影响区HAZ(DD407)内γ’相存在明显回溶现象,但是在γ基体通道内析出大量二次γ’相。焊后原始态接头熔合区显微硬度低,合金元素分布不均匀。标准热处理后,接头硬度大幅提高、并超过两侧母材硬度。接头单晶热影响区存在局部硬化区,多晶热影响区存在较窄的软化区及晶界液化现象。低应变速率下(10-3s-1),接头的高温力学性能受多晶母材影响明显。随温度的升高,接头的屈服强度和抗拉强度呈降低趋势,断裂延伸率呈先上升再下降趋势。同时接头的断裂位置发生改变,中低温条件下(≤580℃),接头均断裂于单晶母材侧,塑性变形以单晶母材、熔合区的位错多系滑移以及多晶母材的位错滑移为主。高温条件下(≥620℃),接头均在多晶母材侧发生断裂,并随温度的升高,接头塑性变形由熔合区、多晶母材的多系滑移向多晶母材的晶界滑动方式转变,熔合区的塑性变形程度逐渐减小。较高应变速率下(0.926s-1),随温度的升高,接头的屈服强度呈下降趋势,而抗拉强度、延伸率呈先上升再下降趋势。与低应变速率相比,高的应变速率主要抑制了熔合区和多晶母材间塑性协调变形能力,弱化了接头的高温力学性能,使HAZ(IN718)更易出现沿晶开裂,且断裂位置变得更加复杂,室温断裂于单晶母材侧,500~620℃范围内断裂于多晶母材侧,720℃断裂在熔合区附近。
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