引言
舰艇海水管系是舰艇推动保险系统、发电机组保险系统和辅助系统的沉要组成部门，对舰艇运行的安全性和靠得住性起着沉要的作用[1] 。海水管系处在高盐、高湿和高温的工作环境中，往往会伴随严沉的侵蚀问题[2] 。随着新资料技术的发展，钛合金以其耐侵蚀蹬着良的综合机能成为了海水管系的梦想使用资料，美国、日本、俄罗斯等国度已经发展钛合金海水管系的利用钻研，并逐步代替传统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利用，其焊接技术也越来越引起人们的器沉，然而钛合金焊接时的焊接接头软化、强度降低和组织不均匀以及焊缝左近区域产生的残存应力和接头处的焊接缺点[4]城市使其产生应力侵蚀。
现阶段的钻研重要集中在钛合金焊接过程和接头力学机能上，对焊缝的应力侵蚀钻研较少。本文以 TC4 钛合金为钻研对象，通过慢应变速度拉伸试验，选取分歧应变速度，钻研了 2 mm 厚的 TIG 焊 TC4 钛合金焊接接头在 3.5%NaCl 溶液中的应力侵蚀断裂行为，通过观察应力侵蚀断口描摹，钻研了 TC4 钛合金焊接接头断裂机理，为改善焊接接头的耐蚀性以及在海洋环境下的耐应力侵蚀性提供了试验基础。
1 、试验资料及步骤
本试验所用 TC4 钛合金的重要成分如表 1 所示。
TC4 钛合金力学机能如表 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，丙酮脱脂处置后，装置在慢拉伸机上。工作区浸泡在尝试溶液中，尝试溶液为 3.5%NaCl 溶液，用 40% 稀硫酸调试 PH 为 7~8 之间。试验过程当选取的拉伸速度如表 3 所示。试验环境为常温常压，试验实现后，截取接头断口，搁置干燥皿中备用，选取 EPMA 进行观察。
图 1 试样尺寸示意图（单元 /mm）
为了表征 TC4 钛合金焊接接头在 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凭据，PRA 值越幼于 0.5注明资料有较高的应力侵蚀敏感性。
式中：RA 为断裂收缩率 ；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、 试验了局与分析
2.1 TC4 钛合金焊接接头组织
TC4 钛合金焊接接头金相组织如图 2 所示，TC4 钛合金焊接接头重要分为母材区、过渡区、细晶区、粗晶区以及焊缝区。过渡区组织相变产生不齐全，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顿功夫短，经过急剧冷却后，较母材组织有所长大。粗晶区峰值温度靠近熔点且高温停顿功夫长，加上处于相变点以上温度的 β 相原子扩散系数大，晶粒长大显著。焊缝区在相变温度以上停顿的功夫最长，冷却最慢，高温 β 相向 α' 相的过渡较充分，β 相晶粒严沉粗壮[5] ，焊缝区重要为针状 α' 相，α' 相在 β 晶界内交错分列，形成盘根错节的网状结构。由此可见粗晶区与焊缝区之间的熔合区有很强的组织不均匀性，重要为粗壮的过热组织，塑性降落严沉，又由于有马氏体存在，此区域硬度通常较大，是容易产生应力侵蚀的地位。
图 2 TC4 钛合金焊接接头金相组织
2.2 SSRT 行为分析
分歧拉伸速度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，拉伸变形存在弹性变形和塑性变形阶段，曲线的屈服并不显著，总体上海水中拉伸件的延长率低于在空气中的延长率，这注明资料在海水中阐发出肯定应力侵蚀敏感性。海水中拉伸曲线的强化阶段幼于空气中拉伸曲线的强化阶段，注明在海水中资料的塑性有所降低。另表，资料在海水中的断裂强度低于在空气中的断裂强度，注明在海水环境下会推进资料位错活动，以至资料强度降低。
图 3 分歧应变速度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了局如表 4 所示，随着拉伸速度的增长，断裂强度普遍降低，延长率降落，注明高速度下资料应力侵蚀敏感性增长。当拉伸速度为0.24 mm/min 时的断裂强度会率高于 0.12 mm/min 拉伸速度下的断裂强度，这有可能与试样断裂地位有关，0.24 mm/min 拉伸速度断裂地位为融合区左近，组织重要为网状马氏体 α' 相，所以会导致断裂强杜仔所提高。在海水环境下慢拉伸的延长率要低于在空气中的延长率，拉伸速度达到 0.24 mm/min 时，延长率降落最为显著，从 20.383% 下 降 到 13.324%。 由 表 4 可 知， 海水下的断面收缩率普遍低于空气中的断面收缩率，整体趋向为先增长后降落。通过式（1）和式（2）推算得出的敏感系数可知，当拉伸速度为 0.012 mm/min、0.018 mm/min、0.024 mm/min 时，TC4 钛 合 金 焊 接 接头应力侵蚀敏感性很低，断裂地位为母材，阐发出较高的应力侵蚀抵抗能力。当拉伸速度达到 0.12 mm/min 时起头出现肯定的应力侵蚀敏感性，随着拉伸速度的进一步增长，应力侵蚀敏感性不休加大，当拉伸速度达到0.24 mm/min 时，敏感系数 Iscc 可达到 62.28，且断裂地位呈此刻扰装响区与焊缝区接壤处，注明焊缝熔合区成为应力侵蚀敏感区。
图 4 分歧应变速度下 TC4 钛合金焊接接头在海水环境中的宏观断口描摹
TC4 钛合金焊接接头阐发出在低应变速度下对应力侵蚀不敏感，在高速度下对应力侵蚀较为敏感的特点，这与钛合金的钝化膜自愈性有关，当其钝化膜遭到粉碎时，可能迅速建复，弥合形成新的 ；つ6] 。在较低拉伸速度下，氧化膜被粉碎后新氧化膜形成较快，有很强的应力侵蚀抵抗能力。随着拉伸速度的提高，TC4 钛合金焊接接头的应力侵蚀敏感性增长，且断裂地位呈此刻熔合区左近，可能与此区域存在的少量缺点、表表氧化导致接头质量的降落与组织不均匀性的共同作用有关，导致此处应力侵蚀敏感性变大。
2.3 断口描摹分析
分歧拉伸速度下 TC4 钛合金焊接接头在海水中的宏观断口描摹如图 4 所示，在分歧拉伸速度下，TC4 钛合金焊接接头都出现了分歧水平的缩颈景象。尝试过程中发现，随着拉伸速度的增长，缩颈水平降落，当拉伸速度为 0.24 mm/min 时，缩颈水平最幼。慢拉伸后资料的断裂地位普遍产生在母材，只有当拉伸速度为0.24 mm/min 时，断裂地位产生在熔合区左近，熔合区成为敏感区域。综上所述可知，随着拉伸速度增大，TC4 钛合金应力侵蚀敏感性越大，熔合区由于其组织不均匀和可能存在的缺点将会成为敏感性高的断裂地位。
分歧应变速度下 TC4 钛合金焊接接头在海水环境中的微观描摹图如图 5 所示，图 5（a）是在 0.18 mm/min速度下的微观描摹图，图中能够看出断口存在大量韧窝，注明断裂大局重要为韧性断裂。韧窝蕴含着微孔的形成、长大、汇归并最终断裂，其重要收到同化物或第二相粒子影响，韧窝越大注明塑性越好，可见当拉伸速度为0.18 mm/min 时阐发出肯定优良的塑韧性。图 5（b）是在 0.24 mm/min 拉伸速度下的微观描摹，从断口微观描摹中能够看出，断裂地位出现韧窝，韧窝数量变少，重要以韧性断裂为主。在海水环境下，以分歧速度断裂的TC4 钛合金焊接接头以韧性断裂为主，阐发出优良的耐应力侵蚀个性，当速度增长到 0.24 mm/min 时阐发出肯定的应力侵蚀敏感水平上升，这与之前了局一致。
图 5 分歧应变速度下 TC4 钛合金焊接接头在海水环境中的微观断口描摹
3、 结语
1）TC4 钛合金焊接接头熔合区左近为粗壮的过热组织，存在严沉的组织不均匀性，此区域晶粒长大严沉，塑性降落较大，又由于有大量马氏体，硬度较高，成为焊接接头幽微区域。
2）TC4 钛合金焊接接头在海水中随拉伸速度的增长，应力侵蚀敏感性不休增长。断面收缩率在拉伸速度为 0.24 mm/min 时最幼，应力侵蚀敏感系数达到最大。拉伸速度较低时，并未阐发出应力侵蚀敏感性，当速度增长时阐发出肯定应力侵蚀敏感性，但是 TC4钛合金焊接接头整体抵抗应力侵蚀能力较强，不易产生应力侵蚀。
3） TC4 钛合金焊接接头在拉伸速度为 0.24 mm/min时断裂地位呈此刻融合区左近，宏观断口显示缩颈水平较低，微观断口下观察到较少的韧窝。焊缝熔合区成为产生应力侵蚀敏感区域，这与融合区组织不均匀性、焊缝自身存在肯定缺点和应力协同作用的有关。
参考文件：
[1] 王炳钦 , 夏登辉 , 李卓玄 , 等 . 海水管系中异种金属管路耦接侵蚀仿照钻研 [J]. 设备环境工程 ,2023(4):64-71.
[2] 张挺 , 杨锋 , 罗宁昭 , 等 . 船舶海水管路侵蚀及监测技术发展综述 [J]. 舰船科学技术 ,2019,41(13):1-5.
[3]董洁,李献民,姜钟林,等.钛在水师潜艇上的利用与瞻望[J].金属世界 ,2015(4):1-5.
[4] 房卫萍 , 肖铁 , 张宇鹏 , 等 . 超厚板 TC4 钛合金电子束焊接头应力侵蚀敏感性 [J] . 焊接学报 , 2019, 40(12) :121-128.
[5] 高晓刚 , 董俊慧 , 韩旭 . TC4 钛合金 TIG 焊接头组织对机能的影响 [J]. 焊接 ,2016(7):27-31+69-70.
[6] 钱江 , 赵满 , 姜祎 . 钛合金海水管路上舰利用影响与关键技术问题 [J]. 舰船科学技术 ,2019,41(9):55-56.
有关链接
