小序

舰艇海水管系是舰艇推进包管系统、发电机组包管系统和辅助系统的主要组成部分，，，，，，，，对舰艇运转的清静性和可靠性起着主要的作用[1] 。。。。。。海水管系处在高盐、高湿和高温的事情情形中，，，，，，，，往往会陪同严重的侵蚀问题[2] 。。。。。。随着新质料手艺的生长，，，，，，，，钛合金以其耐侵蚀等优良的综合性能成为了海水管系的理想使用质料，，，，，，，，美国、日本、俄罗斯等国家已经开展钛合金海水管系的应用研究，，，，，，，，并逐步替换古板的铜镍合金等海水管系[3] 。。。。。。

随着钛合金在舰艇海水管系上的应用，，，，，，，，其焊接手艺也越来越引起人们的重视，，，，，，，，然而钛合金焊接时的焊接讨论软化、强度降低和组织不匀称以及焊缝周围区域爆发的剩余应力和讨论处的焊接缺陷[4]都会使其爆发应力侵蚀。。。。。。

现阶段的研究主要集中在钛合金焊接历程和讨论力学性能上，，，，，，，，对焊缝的应力侵蚀研究较少。。。。。。本文以 TC4 钛合金为研究工具，，，，，，，，通过慢应变速率拉伸试验，，，，，，，，接纳差别应变速率，，，，，，，，研究了 2 mm 厚的 TIG 焊 TC4 钛合金焊接讨论在 3.5%NaCl 溶液中的应力侵蚀断裂行为，，，，，，，，通过视察应力侵蚀断口形貌，，，，，，，，研究了 TC4 钛合金焊接讨论断裂机理，，，，，，，，为改善焊接讨论的耐蚀性以及在海洋情形下的耐应力侵蚀性提供了试验基础。。。。。。

1 、试验质料及要领

本试验所用 TC4 钛合金的主要因素如表 1 所示。。。。。。

TC4 钛合金力学性能如表 2 所示。。。。。。

慢应变拉伸试验试样尺寸如图 1 所示。。。。。。试样用砂纸逐级打磨，，，，，，，，用无水乙醇洗濯，，，，，，，，丙酮脱脂处置惩罚后，，，，，，，，装置在慢拉伸机上。。。。。。事情区浸泡在实验溶液中，，，，，，，，实验溶液为 3.5%NaCl 溶液，，，，，，，，用 40% 稀硫酸调试 PH 为 7~8 之间。。。。。。试验历程中接纳的拉伸速率如表 3 所示。。。。。。试验情形为常温常压，，，，，，，，试验竣事后，，，，，，，，截取讨论断口，，，，，，，，安排干燥皿中备用，，，，，，，，接纳 EPMA 举行视察。。。。。。

图 1 试样尺寸示意图（单位 /mm）

为了表征 TC4 钛合金焊接讨论在 3.5%NaCl 溶液中的应力侵蚀敏感性，，，，，，，，界说应力侵蚀指数 PRA （即韧性损失）作为应力侵蚀敏感性的判断依据，，，，，，，，PRA 值越小于 0.5说明质料有较高的应力侵蚀敏感性。。。。。。

式中：RA 为断裂缩短率；；；；；A i 为拉伸前横截面积；；；；；A f 为拉伸后横街面积；；；；；RA e 为试验溶液中的 RA；；；；；RA c 为空气中的 RA。。。。。。

2、 试验效果与剖析

2.1 TC4 钛合金焊接讨论组织

TC4 钛合金焊接讨论金相组织如图 2 所示，，，，，，，，TC4 钛合金焊接讨论主要分为母材区、过渡区、细晶区、粗晶区以及焊缝区。。。。。。过渡区组织相变爆发不完全，，，，，，，，晶粒尺寸靠近母材且区域很窄。。。。。。细晶区组织在相变点以上温度停留时间短，，，，，，，，经由快速冷却后，，，，，，，，较母材组织有所长大。。。。。。粗晶区峰值温度靠近熔点且高温停留时间长，，，，，，，，加上处于相变点以上温度的 β 相原子扩散系数大，，，，，，，，晶粒长大显着。。。。。。焊缝区在相变温度以上停留的时间最长，，，，，，，，冷却最慢，，，，，，，，高温 β 相向 α' 相的过渡较充分，，，，，，，，β 相晶粒严重粗大[5] ，，，，，，，，焊缝区主要为针状 α' 相，，，，，，，，α' 相在 β 晶界内交织排列，，，，，，，，形成错综重大的网状结构。。。。。。由此可见粗晶区与焊缝区之间的熔合区有很强的组织不匀称性，，，，，，，，主要为粗大的过热组织，，，，，，，，塑性下降严重，，，，，，，，又由于有马氏体保存，，，，，，，，此区域硬度一样平常较大，，，，，，，，是容易爆发应力侵蚀的位置。。。。。。

图 2 TC4 钛合金焊接讨论金相组织

2.2 SSRT 行为剖析

差别拉伸速率下试样在空气和海水中的慢拉伸应力-应变曲线如图 3 所示，，，，，，，，拉伸变形保存弹性变形和塑性变形阶段，，，，，，，，曲线的屈服并不显着，，，，，，，，总体上海水中拉伸件的延伸率低于在空气中的延伸率，，，，，，，，这说明质料在海水中体现出一定应力侵蚀敏感性。。。。。。海水中拉伸曲线的强化阶段小于空气中拉伸曲线的强化阶段，，，，，，，，说明在海水中质料的塑性有所降低。。。。。。另外，，，，，，，，质料在海水中的断裂强度低于在空气中的断裂强度，，，，，，，，说明在海水情形下会增进质料位错运动，，，，，，，，致使质料强度降低。。。。。。

图 3 差别应变速率下载海水和空气中应力 - 应变曲线

试样在空气和海水中的慢拉伸效果如表 4 所示，，，，，，，，随着拉伸速率的增添，，，，，，，，断裂强度普遍降低，，，，，，，，延伸率下降，，，，，，，，说明高速率下质料应力侵蚀敏感性增添。。。。。。当拉伸速率为0.24 mm/min 时的断裂强度会率高于 0.12 mm/min 拉伸速率下的断裂强度，，，，，，，，这有可能与试样断裂位置有关，，，，，，，，0.24 mm/min 拉伸速率断裂位置为融合区周围，，，，，，，，组织主要为网状马氏体 α' 相，，，，，，，，以是会导致断裂强度有所提高。。。。。。在海水情形下慢拉伸的延伸率要低于在空气中的延伸率，，，，，，，，拉伸速率抵达 0.24 mm/min 时，，，，，，，，延伸率下降最为显着，，，，，，，，从 20.383% 下 降 到 13.324%。。。。。。 由 表 4 可 知，，，，，，，， 海水下的断面缩短率普遍低于空气中的断面缩短率，，，，，，，，整体趋势为先增添后下降。。。。。。通过式（1）和式（2）盘算得出的敏感系数可知，，，，，，，，当拉伸速率为 0.012 mm/min、0.018 mm/min、0.024 mm/min 时，，，，，，，，TC4 钛 合 金 焊 接 讨论应力侵蚀敏感性很低，，，，，，，，断裂位置为母材，，，，，，，，体现出较高的应力侵蚀对抗能力。。。。。。当拉伸速率抵达 0.12 mm/min 时最先泛起一定的应力侵蚀敏感性，，，，，，，，随着拉伸速率的进一步增添，，，，，，，，应力侵蚀敏感性一直加大，，，，，，，，当拉伸速率抵达0.24 mm/min 时，，，，，，，，敏感系数 Iscc 可抵达 62.28，，，，，，，，且断裂位置泛起在热影响区与焊缝区接壤处，，，，，，，，说明焊缝熔合区成为应力侵蚀敏感区。。。。。。

图 4 差别应变速率下 TC4 钛合金焊接讨论在海水情形中的宏观断口形貌

TC4 钛合金焊接讨论体现出在低应变速率下对应力侵蚀不敏感，，，，，，，，在高速率下对应力侵蚀较为敏感的特征，，，，，，，，这与钛合金的钝化膜自愈性有关，，，，，，，，当其钝化膜遭到破损时，，，，，，，，能够迅速修复，，，，，，，，弥合形成新的保唬唬唬；つ6] 。。。。。。在较低拉伸速率下，，，，，，，，氧化膜被破损后新氧化膜形成较快，，，，，，，，有很强的应力侵蚀对抗能力。。。。。。随着拉伸速率的提高，，，，，，，，TC4 钛合金焊接讨论的应力侵蚀敏感性增添，，，，，，，，且断裂位置泛起在熔合区周围，，，，，，，，可能与此区域保存的少量缺陷、外貌氧化导致讨论质量的下降与组织不匀称性的配相助用有关，，，，，，，，导致此处应力侵蚀敏感性变大。。。。。。

2.3 断口形貌剖析

差别拉伸速率下 TC4 钛合金焊接讨论在海水中的宏观断口形貌如图 4 所示，，，，，，，，在差别拉伸速率下，，，，，，，，TC4 钛合金焊接讨论都泛起了差别水平的缩颈征象。。。。。。实验历程中发明，，，，，，，，随着拉伸速率的增添，，，，，，，，缩颈水平下降，，，，，，，，当拉伸速率为 0.24 mm/min 时，，，，，，，，缩颈水平最小。。。。。。慢拉伸后质料的断裂位置普遍爆发在母材，，，，，，，，只有当拉伸速率为0.24 mm/min 时，，，，，，，，断裂位置爆发在熔合区周围，，，，，，，，熔合区成为敏感区域。。。。。。综上所述可知，，，，，，，，随着拉伸速率增大，，，，，，，，TC4 钛合金应力侵蚀敏感性越大，，，，，，，，熔合区由于其组织不匀称和可能保存的缺陷将会成为敏感性高的断裂位置。。。。。。

差别应变速率下 TC4 钛合金焊接讨论在海水情形中的微观形貌图如图 5 所示，，，，，，，，图 5（a）是在 0.18 mm/min速率下的微观形貌图，，，，，，，，图中可以看出断口保存大宗韧窝，，，，，，，，说明断裂形式主要为韧性断裂。。。。。。韧窝包括着微孔的形成、长大、汇合并最终断裂，，，，，，，，其主要收到夹杂物或第二相粒子影响，，，，，，，，韧窝越大说明塑性越好，，，，，，，，可见当拉伸速率为0.18 mm/min 时体现出一定优异的塑韧性。。。。。。图 5（b）是在 0.24 mm/min 拉伸速率下的微观形貌，，，，，，，，从断口微观形貌中可以看出，，，，，，，，断裂位置泛起韧窝，，，，，，，，韧窝数目变少，，，，，，，，主要以韧性断裂为主。。。。。。在海水情形下，，，，，，，，以差别速率断裂的TC4 钛合金焊接讨论以韧性断裂为主，，，，，，，，体现出优异的耐应力侵蚀特征，，，，，，，，当速率增添到 0.24 mm/min 时体现出一定的应力侵蚀敏感水平上升，，，，，，，，这与之前效果一致。。。。。。

图 5 差别应变速率下 TC4 钛合金焊接讨论在海水情形中的微观断口形貌

3、 结语

1）TC4 钛合金焊接讨论熔合区周围为粗大的过热组织，，，，，，，，保存严重的组织不匀称性，，，，，，，，此区域晶粒长大严重，，，，，，，，塑性下降较大，，，，，，，，又由于有大宗马氏体，，，，，，，，硬度较高，，，，，，，，成为焊接讨论薄弱区域。。。。。。

2）TC4 钛合金焊接讨论在海水中随拉伸速率的增添，，，，，，，，应力侵蚀敏感性一直增添。。。。。。断面缩短率在拉伸速率为 0.24 mm/min 时最。。。。。。，，，，，，，应力侵蚀敏感系数抵达最大。。。。。。拉伸速率较低时，，，，，，，，并未体现出应力侵蚀敏感性，，，，，，，，当速率增添时体现出一定应力侵蚀敏感性，，，，，，，，可是 TC4钛合金焊接讨论整体对抗应力侵蚀能力较强，，，，，，，，不易爆发应力侵蚀。。。。。。

3） TC4 钛合金焊接讨论在拉伸速率为 0.24 mm/min时断裂位置泛起在融合区周围，，，，，，，，宏观断口显示缩颈水平较低，，，，，，，，微观断口下视察到较少的韧窝。。。。。。焊缝熔合区成为爆发应力侵蚀敏感区域，，，，，，，，这与融合区组织不匀称性、焊缝自己保存一定缺陷和应力协同作用的有关。。。。。。

参考文献：

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