一、前言

　　高溫鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐高溫性能好和抗腐蝕性能強(qiáng)的特點(diǎn)，在航天航空領(lǐng)域有大量的應(yīng)用。隨著國(guó)家航天戰(zhàn)略的啟動(dòng)，對(duì)材料要求不斷提高，鈦合金領(lǐng)域的研發(fā)人員進(jìn)行了很多研究。滿足國(guó)家需求的同時(shí)，使我國(guó)在高溫鈦合金方面有了巨大的突破。

　　7715 系列是我國(guó)為滿足航空航天材料方面的需求而自主研發(fā)的一個(gè)鈦合金系列，從7715A 發(fā)展至7715D 已有30 余年的歷史，其應(yīng)用極限使用溫度達(dá)600℃（使用溫度高于550℃的鈦合金被稱為高溫鈦合金）。由于其較高的使用溫度以及優(yōu)良的性能，航天器件的設(shè)計(jì)師們十分愿意在他們的產(chǎn)品上使用該合金。

　　7715系列已為我國(guó)航天衛(wèi)星、神舟系列等國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目做出了卓越的貢獻(xiàn)。

　　7715D是這個(gè)系列中為航天開(kāi)發(fā)的最新也是性能最優(yōu)越的鋼種，其棒材、餅材現(xiàn)已批量供貨。隨著航天需求的不斷增大，板材必不可少，本文就是對(duì)7715D板材的焊接性能進(jìn)行研究與探討，為將來(lái)的板材生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

二、材料制備及試驗(yàn)方法

　　7715D 高溫鈦合金的名義成分為Ti-6Al-3Sn-2Zr-2Mo-2Nb-微量Si 及Ce。選用一級(jí)海綿鈦及和Ti-Sn、Al-Mo、Al-Nb、Al-Ce 中間合金、海綿Zr及結(jié)晶Si混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝髩褐瞥呻姌O，經(jīng)過(guò)等離子焊接，進(jìn)行三次真空自耗熔煉，得到直徑為Φ760mm 的鑄錠，鑄錠經(jīng)適當(dāng)?shù)臏囟仍诳戾戦_(kāi)坯，用55mm 厚,195mm寬的鍛造坯料，再在適當(dāng)溫度下熱軋至δ3mm 的板材。對(duì)板材進(jìn)行熱處理后進(jìn)行組織觀察，并進(jìn)行室溫、450℃、550℃、650℃下的拉伸性能測(cè)試。然后采用電子束焊接方法對(duì)7715D 鈦合金板狀試樣進(jìn)行對(duì)接焊，再在室溫、450℃、550℃、650℃下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)以測(cè)試其焊接性能。試樣形狀為35×170mm 的板材、標(biāo)距50mm（見(jiàn)圖1）

三、試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 7715D 鈦合金熱軋板材組織和性能

　　通過(guò)觀察高倍組織可知，7715D 高溫鈦合金δ3mm 熱軋板材組織較為均勻，排列較為有序，主要由轉(zhuǎn)變β組織（針狀α 相）和一定數(shù)量的初生α相構(gòu)成（見(jiàn)圖2（a）、圖2（b））。在經(jīng)過(guò)雙重?zé)崽幚砗螅�組織形貌發(fā)生變化，初生α相球化且略有減少，β轉(zhuǎn)變組織增加；同時(shí)改善了組織定向有序排列的情況（見(jiàn)圖2（c）、圖2（d））。

圖2 7715D 熱軋板材組織（δ3mm） （a）熱軋態(tài)100× （b）熱軋態(tài)500× （c）熱處理后100× （d）熱處理后500×

　　一般而言，雙相鈦合金中分為魏氏組織、網(wǎng)籃狀組織、等軸α組織和混合組織四種常見(jiàn)組織。7715D 鈦合金熱軋板材即屬于混合組織，這種組織兼有其他幾種組織的優(yōu)點(diǎn)，所以經(jīng)過(guò)組織觀察我們判斷它應(yīng)該具有較好的力學(xué)性能。通過(guò)試驗(yàn)，也證明了這個(gè)推斷，結(jié)果如表1所示。

　　隨著試驗(yàn)溫度的升高，7715D鈦合金板材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均降低，延伸率增加。在550℃時(shí)其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到789Mpa，屈服強(qiáng)度達(dá)到629Mpa,延伸率有24%。在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)，仍能有較好的塑性，表現(xiàn)出了較好的力學(xué)性能（高溫拉伸試驗(yàn)后的試樣見(jiàn)圖3）。

　　采用電子束焊接方法對(duì)7715D 高溫鈦合金板狀試樣進(jìn)行對(duì)接焊，然后再在萬(wàn)能力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫、450℃、550℃和650℃等不同溫度下的拉伸性能測(cè)試（高溫拉伸后的焊接試樣見(jiàn)圖4）。分析表2的結(jié)果可知，同7715D 高溫鈦合金板材一樣，其板材焊接接頭的強(qiáng)度也隨著溫度的升高逐漸降低。從表中還可發(fā)現(xiàn)，抗拉強(qiáng)度在550℃時(shí)仍有732MPa ，這與板材在550℃下的抗拉強(qiáng)度很接近并且不論在何種試驗(yàn)溫度下，7715D 高溫鈦合金板材電子束焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)均大于0.9。這表現(xiàn)出了7715D高溫鈦合金具有良好的自焊性能。

試驗(yàn)溫度（℃） σb（MPa）

室溫 　　           1205
450℃ 　   　　 816
550℃ 　   　　 732
650℃         　　 514

表 2 7715D 高溫鈦合金板材焊接性能

四、結(jié)論

　　1.7715D高溫鈦合金板材具有均勻的α+β雙相混合型組織，在室溫和高溫條件下有比較理想的力學(xué)性能；

　　2 7715D 高溫鈦合金板材電子束焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)均大于0.9，具有較好的自焊性能。