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MGH956合金是采用机械合金化方法制造的氧化物弥散强化(OxideDispersionStrengthened,ODS)高温合金,合金中均匀分布着高热稳定性和化学稳定性的纳米Y2O3颗粒对基体进行强化,具有高温力学性能好,高温抗氧化和抗腐蚀性能好等综合优势,因此被广泛应用在航空、航天及核能领域。由于ODS合金制造工艺的特殊性,使得这类合金的焊接研究大多集中在摩擦焊和搅拌摩擦焊,对于电弧焊的研究相对较少。然而,电弧焊具有适用性强,操作简单,经济等诸多优点,因此研究ODS合金的电弧焊有一定的研究价值,对扩大ODS合金的应用有一定的意义。
本文以MGH956合金为研究对象,通过填加基体材料和另外两种填充材料(1号和2号)对其进行钨极氩弧焊接。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪以及透射电子显微镜等分析手段,研究了填加不同填充材料对焊接接头组织和性能的影响。另外,在填充材料中填加不同含量的La2O3,分析了不同含量La2O3对接头组织和性能的影响。
填加基体材料焊接后发现,焊缝组织发生明显粗化,组织为粗大的铁素体,焊缝中有一些孔洞缺陷,焊缝中起到弥散强化作用的纳米Y2O3颗粒发生了粗化和团聚,生成了粗大的Al-Y复合氧化物,这些粗大的氧化物对接头的弥散强化作用减弱。而且,这些氧化物常常出现在焊缝的孔洞处,严重降低了接头的力学性能。接头的最大抗拉强度为410MPa,仅为母材强度的57%,断口表现为脆性穿晶解理断裂,接头硬度低于母材,出现软化现象。填加另外两种填充材料焊接后发现,焊缝晶粒得到一定程度的细化,孔洞减少,焊缝中粗大的Al-Y复合氧化物有所减少,而且焊缝中还生成TiC等增强颗粒,颗粒尺寸为微米级或亚微米级,并呈弥散分布,有利于改善接头的力学性能。接头的最大抗拉强度为607MPa,达到母材强度的84.3%,拉伸断口仍表现为脆性断裂,但接头硬度高于母材,出现硬化现象。
焊缝中加入La2O3后,焊缝组织得到了不同程度的细化,当加入2%La2O3时,焊缝组织最细小均匀,颗粒相生成较多,呈细小近球状且弥散分布,有效提高了焊缝的力学性能,但当La2O3加入量达到4%时,发现颗粒相有团聚现象。随着La2O3含量的增加,接头抗拉强度先升高后降低,加入2%La2O3时接头抗拉强度最高,为628MPa,达到母材强度的87.2%,拉伸断口河流状花样特征不明显,有大片韧窝出现,断口由脆性解理断裂变为韧-脆混合断裂,加入La2O3后焊缝硬度有所提高。对接头进行TEM分析后得出填加2%La2O3焊缝的强化是由晶粒细化和Orowan强化共同作用引起。