小序

随着我国高速列车的生长和运行时速的逐步提高，，，，，对转向架轻质、高强、耐疲劳、耐侵蚀等性能要求也一直提高。。。。。。。钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐侵蚀、无磁性等特征［1-2］，，，，，使其成为新一代高速列车转向架的理想质料［3］。。。。。。。由于钛合金焊接后焊缝冷却速率较快，，，，，在焊缝组织冷却历程中爆发马氏体转变，，，，，导致焊缝塑性和韧性相对较差，，，，，使其成为钛合金转向架的薄弱区域。。。。。。。为提高焊接讨论的韧性和塑性，，，，，方乃文［4-6］等人通过在药芯焊丝中添加TiAl-V-Mo粉，，，，，在提高TC4钛合金大厚板窄间隙激光焊接讨论的稳固

性和强化能力的同时还能够坚持讨论的塑性。。。。。。。程东海［7］等人通过在TC4钛合金焊缝中添加稀土元素Yb2O3，，，，，使焊缝中心β晶粒尺寸由337μm降低至127μm，，，，，提高了焊缝塑性。。。。。。。蒋哲亮［8］通过在Ti6Al4V合金的焊缝中添加Ce元素，，，，，降低了焊缝原始β柱状晶组织尺寸，，，，，使焊接讨论的强度和塑性均获得提升。。。。。。。Song［9］等人研究发明，，，，，在Ti-NbTa-Zr合金中添加质量分数0.1%的Ce元素，，，，，使得抗疲劳性能增强。。。。。。。坚硬的稀土氧化物可以阻碍位错的运动，，，，，从而对抗疲劳裂纹的形成。。。。。。。蒋鹏［10］等人通过在Ti50焊缝中添加0.8%的Fe元素，，，，，使焊缝的综合性能获得显着提升。。。。。。。杨楠［11］使用激光增材制造的要领研究了V元素对TC4合金增材构件的影响，，，，，发明当V含量为6%时，，，，，对初生α-Ti具有较好的细化作用，，，，，使质料具最优抗拉强度、延伸率和耐磨性。。。。。。。葛鹏［12］等人研究了Mo、V、Cr对β相的影响，，，，，发明Mo对β相有显着的细化作用，，，，，提升了合金的抗拉强度。。。。。。。郜广军［13］通过研究Si、Mo、Y对Ti55合金组织及性能的影响，，，，，发明Mo含量的增添细化了合金的显微组织，，，，，增添了合金的维氏硬度，，，，，提高了室温断裂韧性和压缩性能。。。。。。。

上述研究批注，，，，，在焊缝中添加相宜的合金元素能提升焊缝性能，，，，，而Mo元素或稀土元素对焊缝晶粒细化和提高焊缝的强韧性具有显着的作用。。。。。。。因此，，，，，为改善钛合金激光焊接后讨论韧性较差的问题，，，，，本研究通过在焊缝中添加差别含量的Mo元素，，，，，对焊后讨论的组织形貌、力学性能举行研究，，，，，探索Mo元素对焊缝强韧性的影响机制，，，，，为钛合金专用焊丝的研发提供数据支持。。。。。。。

1、质料及试验要领

1.1试验质料

焊接试验所用板材为2.5mm厚的钛合金（因素如表1所示），，，，，该质料经由固溶（1019℃，，，，，2h）和时效（700℃，，，，，5h）处置惩罚，，，，，形成了近α双态组织（见图1a）。。。。。。。

为缩减试验周期和本钱，，，，，焊材熔炼后不再举行焊丝制作，，，，，因此本文接纳熔炼焊材直接切条并预埋入坡口的方法举行激光填丝焊。。。。。。。为便于焊接，，，，，将母材切割成尺寸为125mm×50mm×2.5mm的待焊试样，，，，，并在待焊处开截面尺寸为1.2mm×2.0mm的L形坡口用于预埋差别因素的焊材。。。。。。。为研究Mo元素对焊缝性能的影响，，，，，配制了Mo质量分数划分为0%、1%、2%、3%、4%的焊材因素，，，，，如表1所示。。。。。。。焊材是由各因素金属经由称量、熔炼、切割而成，，，，，首先将配制好的焊材因素放入非自耗真空电弧炉熔炼成直径约为30mm、高10mm的铸锭（见图1b），，，，，并切割成尺寸为1.2mm×2.5mm×20mm的小条。。。。。。。母材与焊材装配前用混淆酸溶液（HNO3∶HF∶H2O=12∶5∶83）酸洗5min，，，，，此后放入酒精中举行超声波洗濯10min，，，，，取出后放入真空干燥箱中烘5h。。。。。。。

1.2试验装备及工艺参数

焊材熔炼装备为WS-4型非自耗真空电弧炉，，，，，熔炼的电流巨细为150A，，，，，每组因素金属需重复熔炼3次、每次熔炼40s。。。。。。。为确保熔炼后铸锭因素的匀称性，，，，，熔炼历程中对熔池举行了电磁搅拌。。。。。。。激光焊接装备为TruDisk10002型光纤激光器（波长：1030nm，，，，，光斑直径：0.4mm），，，，，焊接前将准备好的焊材与开好L型坡口的母材细密装配。。。。。。。为；；；；；ず附永讨腥鄢夭槐谎趸，，，，将装配好的试样焊缝部位放入特制的夹具中并充入高纯氩气（99.99%Ar2），，，，，流量巨细为25L/min，，，，，焊接装配如图2所示。。。。。。。同时，，，，，为降低焊缝气孔率，，，，，本文使用激光振镜系统对激光束施加摆动，，，，，摆动路径为O形，，，，，详细焊接工艺参数和摆动参数如表2所示。。。。。。。

1.3力学性能试验

1.3.1硬度测试

本文使用HVS-30型数显维氏硬度计并依据GB/T2654《焊接讨论硬度试验要领》举行焊接讨论硬度测试。。。。。。。

加载试验力为1kg，，，，，保荷时间为10s。。。。。。。焊接讨论试验测点如图3所示，，，，，打点线距焊缝外貌1.25mm，，，，，即试样中线位置，，，，，每个点间距为0.5mm，，，，，从试样正中心向左向右各打15个试验点。。。。。。。

1.3.2拉伸性能测试

为研究差别Mo含量的焊材对焊缝拉伸强度和塑性的影响，，，，，本文使用DNS300型高温电子万能试验机，，，，，凭证GB/T228.2—2015《金属质料拉伸试验第二部分：高温试验要领》对焊接讨论举行拉伸性能测试。。。。。。。拉伸试验的情形温度为650℃，，，，，拉伸速率设置为3mm/min。。。。。。。炉温升高至设定温度后需保温15min再举行试验以确保拉伸试样温度的匀称性。。。。。。。拉伸试样尺寸如图4所示。。。。。。。

1.3.3攻击韧性测试

为研究差别Mo含量的焊材对焊缝攻击韧性的影响，，，，，本文接纳JBN-300摆锤式攻击试验机对试样举行常温攻击试验。。。。。。。凭证GB/T2650《金属质料焊缝破损性试验攻击试验》，，，，，划分在焊接试板的焊缝、母材取V形攻击试样，，，，，每组取3个平行试样。。。。。。。

2、试验效果与讨论

2.1金相组织剖析

激光焊接后焊缝外貌形貌如图5所示，，，，，焊缝外貌成型优异，，，，，无肉眼可见的焊接裂纹、气孔、未熔合等焊接缺陷。。。。。。。焊接历程中气体；；；；；ばЧ虾茫，，，，焊缝外貌光洁明亮、泛起出金属光泽，，，，，焊缝未泛起氧化情形。。。。。。。图6为差别Mo含量焊材激光焊讨论截面金相组织形貌，，，，，由图可知，，，，，Mo含量低于3%时，，，，，焊缝内部成型较好、无显着的气孔和裂纹缺陷。。。。。。。Mo含量抵达4%时，，，，，熔合线周围保存个体较大气孔。。。。。。。通过视察图6b、6c，，，，，1%Mo和2%Mo焊缝中心组织泛起为粗大的原始β相柱状晶，，，，，由于熔池凝固历程中焊缝中心位置冷却速率相对较慢，，，，，原始β晶粒笔直于温度梯度从热影响区或熔池外貌向焊缝中心生长变得粗大［14］。。。。。。。随着Mo含量的增添，，，，，焊接讨论中焊缝区的原始β相晶粒尺寸泛起先增添、后减小的趋势，，，，，减小后的原始β晶粒泛起为较为扁平的柱状晶。。。。。。。

图7为XRD剖析效果，，，，，可以看出在差别Mo含量的焊缝中，，，，，主要为α'马氏体［15］。。。。。。。由于焊缝的冷却速率较快，，，，，β相固溶元向来缺乏析出，，，，，β相的晶格结构爆发了非扩散型匀称切边，，，，，即马氏体相变，，，，，形成了α'马氏体，，，，，如图8a所示。。。。。。。原始β晶粒内部保存着若干相互平行、交织的长针状α'马氏体，，，，，如图8b所示，，，，，这些马氏体贯串整个柱状晶，，，，，止于晶界处，，，，，使焊缝区泛起出网篮状形貌特征［16］。。。。。。。

2.2力学性能剖析

2.2.1硬度剖析

图9为差别Mo含量焊缝硬度漫衍效果，，，，，从图中可知，，，，，硬度从母材到焊缝区域泛起了跳跃式的升高，，，，，显微硬度漫衍泛起出焊缝区>热影响区>母材区的漫衍特征。。。。。。。母材的硬度值最低，，，，，由于母材中含有更多的β相，，，，，而β相的硬度相对较低［17］。。。。。。。由于焊缝爆发马氏体转变，，，，，焊缝区形成了大宗交织的针状α'相，，，，，α'相的硬度高于α相和β相［18］。。。。。。。因此，，，，，含有α'马氏体的焊缝区的硬度高于热影响区和母材区。。。。。。。母材的硬度平均为340.6HV，，，，，0%Mo~4%Mo焊缝平均硬度划分为462HV、399HV、417HV、456HV、467HV，，，，，平均值4%Mo>0%Mo>3%Mo>2%Mo>1%Mo。。。。。。。随着焊缝中Mo含量增添，，，，，焊接讨论的硬度呈先镌汰后增添的转变纪律。。。。。。。

2.2.2拉伸性能剖析

图10为钛合金差别Mo含量焊接讨论及母材在650℃下的拉伸试验效果，，，，，由图可知母材的抗拉强度平均值为882MPa，，，，，断后伸长率平均值为7.53%。。。。。。。0~3%Mo含量的焊缝试样断裂位置均位于母材，，，，，伸长率均略低于母材拉伸性能。。。。。。。由于焊接后焊缝的快速冷却爆发了马氏体转变，，，，，马氏体为一种脆硬相，，，，，会使焊缝的塑性和韧性降低，，，，，导致在拉伸历程中试样整体的延伸率降低。。。。。。。4%Mo含量的焊缝由于保存气孔缺陷，，，，，拉伸强度平均仅为369.3MPa，，，，，并断裂于焊缝。。。。。。。

2.2.3攻击韧性剖析

图11为差别Mo含量焊材焊缝区攻击试验效果，，，，，钛合金母材的攻击韧性为10.09J/cm2，，，，，0%Mo~4%Mo额焊缝平均攻击韧性划分为8.17J/cm2、6.28J/cm2、5.52J/cm2、4.72J/cm2、2.69J/cm2。。。。。。。随着焊缝中Mo含量的增添，，，，，焊接讨论的攻击韧性呈下降趋势。。。。。。。由图5可以看出，，，，，随着Mo含量的增添，，，，，焊缝原始β晶粒尺寸减小。。。。。。，，，，但不是泛起出等轴晶形态，，，，，而是泛起为一种笔直于焊缝中心的扁平状晶粒形态。。。。。。。该原始β晶粒晶界均终止于焊缝中心，，，，，在焊缝中心形成了一条贯串于焊缝的晶界。。。。。。。在快速冷却历程中爆发马氏体转变，，，，，原始β晶粒内β相转变为α'马氏体。。。。。。。由于析出的α'马氏体也止于原始β晶界，，，，，导致贯串于焊缝中心的原始β晶界得以保存。。。。。。。在举行攻击试验时，，，，，攻击裂纹沿着贯串于焊缝中心的晶界迅速扩展，，，，，导致攻击韧性降低，，，，，原理如图12所示。。。。。。。

3、结论

本文通过真空熔炼的要领制备了差别Mo含量的焊材，，，，，并将其预埋在钛合金焊缝坡口处举行激光填丝焊，，，，，对焊后讨论的金相组织、力学性能举行了研究，，，，，结论如下：（1）焊缝中心泛起为粗大的原始β相柱状晶，，，，，原始β晶粒内部保存着若干相互平行、交织的α'针状马氏体。。。。。。。柱状晶随着Mo含量的增添泛起出逐步减小的趋势，，，，，证实晰在焊缝凝固历程中Mo元素对β晶粒的细化作用显着。。。。。。。（２）母材的硬度平均为340.6HV，，，，，差别Mo含量焊缝硬度平均值4%Mo>0%Mo>3%Mo>2%Mo>1%Mo。。。。。。。随着焊缝中Mo含量增添，，，，，焊接讨论的硬度先减小后增大。。。。。。。（3）随着焊缝中Mo含量的增添，，，，，原始β晶粒尺寸逐步减小并泛起为扁平状。。。。。。。由于焊缝中心最后凝固，，，，，扁平的晶粒的晶界相互毗连贯串于焊缝中心，，，，，造成攻击裂纹沿着晶界快速扩展，，，，，导致讨论的攻击韧性降低。。。。。。。

参考文献：

［1］　Arcella F G，，，，，Froes F H. Producing titanium aerospace components from powder using laser forming［J］.JOM，，，，，2000，，，，，52（5）：28-30．

［2］　Moxson V S，，，，，Froes F H. Fabricating sports equipment components via powder metallurgy［J］. JOM，，，，，2001，，，，，53（4）：39-41.

［3］　刘华青. 钛合金转向架要害焊缝质量超声检测要领研 究［D］. 吉林：吉林大学，，，，，2024. LIU H Q.Research on Ultrasonic Testing Method for Key Weld Quality of Titanium Alloy Bogie［D］. Jilin：Jilin University，，，，，2024.

［4］　方乃文，，，，，黄瑞生，，，，，龙伟民，，，，，等. 填充金属对TC4钛合金 激光填丝焊讨论组织性能影响［J］. 有数金属质料与 工程，，，，，2023，，，，，52（05）：1725-1736.

FANG N W，，，，，HUANG R S，，，，，LONG W M，，，，，et al. Effect of Filler Metal on Microstructure and Properties of Tita‐ nium Alloy Laser Welding Joints with Filler Wire［J］. Rare Metal Materials and Engineering，，，，，2023，，，，，52（05）：1725-1736.

［5］　方乃文. TC4钛合金厚板窄间隙激光填丝焊及组织性 能调控［D］. 黑龙江：哈尔滨理工大学，，，，，2022.

FANG N W. Controlling of Microstructure and Proper‐ ties of TC4 Titanium Alloy Thick Plate Narrow-gap La‐ ser Welding with Filler Wire［D］. Heilongjiang： Harbin University of Science and Technology，，，，，2022.

［6］　王汉奎，，，，，李阳，，，，，姚呈祥，，，，，等. 差别药芯焊丝工艺条件下X80 管 线 钢 焊 缝 组 织 与 性 能 对 比［J］. 压 力 容 器，，，，，2024，，，，，41（01）：12-17+44.

WANG H K，，，，，LI Y，，，，，YAO C X，，，，， et al. Comparison of mi‐ crostructure and properties of X80 girth weld joints welded by different flux-cored wire process conditions［J］. Pressure Vessel Technology，，，，，2024，，，，，41（01）：12-17+44.

［7］　程东海，，，，，张声金，，，，，陶玄宇，，，，，等. 添加稀土元素的TC4钛 合金激光焊讨论纵向超塑性能研究［J］. 焊接学报，，，，，2024，，，，，45（07）：19-26.

CHENG D H，，，，，ZHANG S J，，，，，TAO X Y，，，，，et al. Study on the longitudinal superplastic properties of TC4 titanium alloy laser welded joint with rare earth elements［J］. Transactions of The China Welding Institution，，，，，2024，，，，，45（07）：19-26.

［8］　蒋哲亮 . Y、Ce 元素对 Ti6Al4V 合金组织调控及激光 焊接性能影响的研究［D］.四川：西南交通大学，，，，，2022.

JIANG Z L. Influence of Y and Ce Elements Onmicro‐ structure Control and Laser Welding Performance of Ti6A14V Alloy［D］.Sichuan： Southwest Jiaotong Uni‐ versity，，，，，2022.

［9］　Song X，，，，，Wang L，，，，，Niinomi M，，，，，et al. Microstructure and fatigue behaviors of a biomedical Ti-Nb-Ta-Zr alloy with trace CeO2 additions［J］. Materials Science and En‐ gineering：A，，，，，2014，，，，，619：112-118.

［10］　蒋鹏，，，，，刘希林，，，，，闫飞昊，，，，，等. 铁元素对钛合金焊缝组织 和性能的影响［J］. 中国有色金属学报，，，，，2010，，，，，20（S1）：730-733.

JIANG P，，，，，LIU X L，，，，，YAN F H，，，，，et al. Effect of Fe ele‐ ment on microstructure and propertiesof titanium alloy welding seam［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals，，，，，2010 ，，，，，20（S1）：730-733.

［11］　杨楠. V元素对激光增材制造TC4合金组织及性能的 影响［D］. 辽宁：沈阳工业大学，，，，，2021.

YANG N. Effect ofV Element on the Microstructure and Properties of TC4Alloy by Laser Additive Manu‐ facturing［D］. Liaoning： Shenyang University of Tech‐ nology，，，，，2021.

［12］　葛鹏，，，，，吴欢，，，，，赵永庆 . Mo、V、Cr 对钛合金 β 相的合金 化效应［J］. 中国质料希望，，，，， 2016，，，，，35（10）： 795-798+ 794. 

GE P，，，，，WU H，，，，，ZHAO Y Q. Alloying Effect of Mo，，，，，V and Cr on Titanium Alloy Beta Phase［J］. Materials China，，，，，2016，，，，，35（10）：795-798+794.

［13］　郜广军 . Si、Mo、Y 对 Ti55 合金组织及性能的影响 ［D］. 黑龙江：哈尔滨工业大学，，，，，2016. 

GAO G J. The Influence of Si，，，，，Mo，，，，，and Y on the Micro‐ structure and Properties of Ti55 Alloy［D］. Heilongji‐ ang： Harbin Institute of Technology，，，，，2016.

［14］　王志敏. TC31高温钛合金激光焊接工艺与讨论性能 研究［D］. 湖北：华中科技大学，，，，，2023. 

WANGZ M. Study on the Process and Joint Perfor‐ mance ofLaser WeldingTC31 Titanium Alloy［D］. Hu‐ bei： Huazhong University of Science and Technology，，，，，2023.

［15］　张世伟，，，，，王珏，，，，，佀勤学，，，，，等. TC4钛合金激光自熔焊焊 接组织及性能［J］. 焊接，，，，，2024（06）：33-39+46. 

ZHANG S W，，，，，WANG Y，，，，，SI H X，，，，，et al. Microstructure and mechanical properties of TC4 titanium alloy by au‐ togenous laser welding［J］. Welding & Joining，，，，，2024（06）：33-39+46.

［16］　陈波，，，，，孟正，，，，，马程远，，，，，等. 扫描振镜激光TC4钛合金焊 接性能及熔池流动行为［J］. 航空学报，，，，，2022，，，，，43（04）：438-450.

CHEN B，，，，，MENG Z，，，，，MA C Y，，，，，et al. Welding properties and molten pool flow behavior of TC4 titanium alloy by oscillating galvanometer laser［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica ，，，，，2022，，，，，43（04）：438-450.

［17］　徐楷昕，，，，，雷振，，，，，黄瑞生，，，，，等. 40 mm厚TC4钛合金窄间 隙激光填丝焊讨论组织及性能［J］. 质料导报，，，，，2022，，，，，36（02）：162-167.

XU K X，，，，，LEI Z，，，，，HUANG R S，，，，，et al. Microstructure and Properties of 40 mm-thick TC4 Titanium Alloy Welded Joint by Narrow-gap Laser Welding with Filler Wire［J］. Materials Reports，，，，，2022，，，，，36（02）：162-167.

［18］　毛亮，，，，，马照伟，，，，，袁博，，，，，等. TA5钛合金激光填丝焊接工 艺研究［J］. 质料开发与应用，，，，，2022，，，，，37（01）：66-71+76.

MAO L，，，，，MA Z W，，，，，YUAN B，，，，，et al. Study on Laser Welding Technology of TA5 Titanium Alloy withFiller Wire［J］. Development and Application of Materials，，，，，2022，，，，，37（01）：66-71+76.

相关链接