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钛合金和TiAl基合金分别具有比强度高、耐高温、耐蚀性好以及密度低、硬度高、高温性能好等特点,主要应用于航空航天、船舶、化工及汽车等领域。不过钛合金价格较为昂贵,TiAl合金制造工艺复杂,影响其推广应用。而钛合金与钢异种金属结构可简化制造工艺,降低成本,受到广泛青睐。本文即针对钛合金及TiAl合金与钢摩擦焊进行工艺研究,并通过焊后热处理改善接头微观结构及力学性能,提高焊接接头质量。试验结果发现,TC4钛合金/40Cr钢接头在焊态下的抗拉强度高达766MPa,断裂于钢母材侧,断裂类型为韧性断裂。经600℃保温0.5h和2h热处理后,抗拉强度分别为675MPa和735MPa,均断裂于接头界面层处,为准解理断裂。接头在焊态和600℃保温0.5h下弯曲角度分别为9.6°和10.6°,600℃保温2h下弯曲角度则达到32.5°。焊态下界面层附近生成马氏体和少量粗大铁素体组织;经焊后热处理,界面层附近形成索氏体组织,600℃保温0.5h后,TiC脆性相生成于界面层,导致接头力学性能降低。保温2h时,晶粒较为细小,碳化物均匀析出,未生成TiC脆性相,保证了焊接接头良好的综合力学性能。焊态下界面层处显微硬度较高,随着热处理保温时间增加,界面层硬度逐渐降低,表明在抗拉强度降低的同时,热处理后接头弯曲韧性得到相应提高。y-TiAl合金/40Cr钢摩擦焊接试验研究发现,焊态下,碳原子富集于界面层,生成TiC相,钢侧发生马氏体转变,接头抗拉强度明显降低,同时引起焊态下界面层处显微硬度明显高于热处理时硬度。TiAl合金侧生成魏氏体及羽毛状组织。焊态时,接头抗拉强度为86MPa,断裂于界面层。经580℃和630℃保温2h热处理后,接头抗拉强度分别提高至395MPa和330MPa,断裂于TiAl合金侧距离焊缝1mm处,为准解理断裂。经焊后热处理,碳原子弥散分布于界面层,未出现TiC脆性相,钢侧生成回火索氏体组织,使接头得到强化。TiAl合金侧组织发生细化,细小晶粒弥散分布于片层状组织中,提高了接头拉伸性能。由TiAl合金/42CrMo钢摩擦焊工艺试验结果可知,经580℃保温2h热处理后,TiAl合金/42CrMo钢接头抗拉强度高达405MPa,断裂于TiAl合金侧。而焊态下接头在进行样品制备时即断裂。XRD检测分析表明,TiFe2、TiAl及少量TiC相生成于界面层,界面层厚度为2-5μm,析出相平均尺寸为1μm,在界面层呈不连续分布。