Evolution of microstructure, microtexture and mechanical properties of linear friction welded IMI 834

Abstract

Titanium alloys have been of great interest in the aerospace industry for many years. Recently, linear friction welding has also been making strides in conquering a part of the aerospace manufacturing market, with its clear advantages over fusion welding and mechanical fastening methods for integrated bladed rotors. High tech near-α alloy IMI834 (Ti–5·8Al–4Sn–3·5Zr–0·7Nb–0·5Mo–0·35Si) was designed to have improved creep resistance and retains its mechanical properties at temperatures up to 600°C. It balances creep resistance and fatigue strength, making it an excellent material for compressor discs and blades. IMI834 with an initial bimodal α+β microstructure was welded using varying axial pressures during welding and then characterised using both microstructural examination and mechanical testing. Electron backscatter diffraction (EBSD) was used to characterise the texture and phase fraction of the welded IMI834 samples in the weld zone (WZ) and thermomechanically affected zones. The EBSD analysis revealed fine recrystallised grains at the weld centres. The microhardness evaluation of the weldments showed that the recrystallised WZ was slightly harder than the parent material (PM). The local and global tensile properties of the welds, investigated using a tensile testing rig with integrated digital image correlation, revealed higher strength in the WZ and failure in the PM.

Les alliages de titane ont suscité un grand intérêt dans l’industrie aérospatiale pendant plusieurs années. Récemment, le soudage par friction linéaire a également fait de grands progrès dans la conquête d’une partie du marché de la fabrication aérospatiale, avec ses avantages clairs par rapport aux méthodes de soudage par fusion et d’assemblage mécanique pour les rotors à lames intégrées. L’alliage de haute technologie quasi-alpha, IMI834 (Ti–5·8Al–4Sn–3·5Zr–0·7Nb–0·5Mo–0·35Si) a été conçu pour avoir une résistance améliorée au fluage et il retient ses propriétés mécaniques à des températures jusqu’à 600°C. Il balance la résistance au fluage et la résistance à la fatigue, ce qui en fait un excellent matériau pour les disques et les lames de compresseur. IMI834, avec une microstructure initiale bimodale α+β, a été soudé en utilisant des pressions axiales variables lors du soudage. On l’a ensuite caractérisé en utilisant tant l’examen de la microstructure que les essais mécaniques. On a utilisé la diffraction d’électrons rétrodiffusés (EBSD) pour caractériser la texture et la fraction des phases des échantillons soudés d’IMI834 dans la zone de soudure (WZ) et dans les zones affectées thermomécaniquement. L’analyse par EBSD a révélé des grains fins recristallisés au centre des soudures. L’évaluation de la microdureté des ensembles soudés a montré que la zone de soudure recristallisée était légèrement plus dure que le matériau de base (PM). Les propriétés de traction locales et globales des soudures, examinées au moyen d’un assemblage d’essai de traction avec corrélation intégrée d’image digitale, ont révélé une résistance plus élevée dans la zone de soudure et la défaillance du matériau de base.

Keywords:

• Linear friction welding
• IMI834
• Aerospace
• Titanium alloys
• Texture

The authors gratefully acknowledge Dr Luc Rabet and Frederik Coghe, who provided the EBSD scans used in this study. The technical assistance of M. Guérin and X. Pelletier throughout this work is also greatly appreciated.

Notes

This paper is part of a special issue on Advances in High Temperature Joining of Materials