热处理对TC4/TA15焊接接头组织和力学性能影响的研究

论文摘要

新材料和新结构的采用是提高飞行器性能关键技术,也是其结构设计与研制的发展方向。电子束焊接钛合金技术性能优越,被广泛用于航空航天领域飞机框架和发动机的重要承力构件的制造中。如何提高大厚度钛合金电子束焊接构件的稳定性是航空航天技术领域主要问题之一。本文针对TC4/TA15两种钛合金材料,使用同种焊接工艺,进行了不同的热处理试验。测试分析其组织结构和力学性能的变化,从而探讨了热处理规范对焊接构件的组织和力学性能（特别对疲劳寿命）的影响。试验结果表明:TC4电子束焊接焊缝根部和顶部组织主要为针状马氏体（α`相）,中部组织为马氏体+层片α相,热影响区组织为层片α相+针状马氏体。等温退火热处理后焊缝组织由马氏体变为双态组织,这种组织,延伸率高,疲劳性能好;母材区为等轴组织。TA15钛合金电子束焊接接头随退火温度提高,初生α相变少,等轴α变小,β转变组织中的α相,呈长透镜状形态。随着退火温度升高,TC4试样的强度、硬度降低,塑性、韧性提高。TC4/TA15电子束焊接接头强度均不低于母材,拉伸试验断裂位置均在母材。拉伸断口无明显的起裂源,断裂类型为微孔聚集型。热处理对TC4/ TA15钛合金电子束焊接接头的疲劳寿命有明显影响,在置信度γ=90% ,相对误差δmax=5%时,去应力退火TC4接头的中值疲劳寿命比非热处理态高24%,等温退火热处理TC4接头的中值疲劳寿命比非热处理态提高53%。去应力退火TA15接头的中值疲劳寿命比非热处理态高28%,退火热处理TA15接头的中值疲劳寿命比非热处理态高9%。焊接缺陷（冷隔和气孔）是疲劳断裂的起裂区;如缺陷尺寸较小,疲劳大多起裂于试样表面。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 钛及其合金概述
• 1.2.1 钛及其合金的分类
• 1.2.2 钛合金的显微组织
• 1.2.3 钛及钛合金的焊接性
• 1.2.4 钛合金热处理的特点
• 1.2.5 钛合金的使用现状
• 1.3 电子束焊接技术概述
• 1.3.1 电子束焊接的原理和能量转换特点
• 1.3.2 电子束焊接的基本特点
• 1.3.3 电子束焊接技术研究发展现状
• 1.4 本课题研究目的及研究内容
• 第二章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 工艺试验
• 2.2.2 X 射线探伤试验
• 2.2.3 热处理试验
• 2.2.4 显微组织观测
• 2.2.5 显微硬度测量
• 2.2.6 拉伸性能试验
• 2.2.7 疲劳性能试验
• 2.2.8 拉伸及疲劳试样断口观测
• 本章小结
• 第三章 试验结果及分析
• 3.1 热处理对TC4 钛合金电子束焊接接头组织和力学性能的影响
• 3.1.1 显微组织分析
• 3.1.2 显微硬度分析
• 3.1.3 拉伸性能试验及分析
• 3.1.4 疲劳性能试验及分析
• 3.1.5 拉伸及疲劳试样断口分析
• 3.2 热处理对TA15 钛合金电子束焊接接头组织和力学性能的影响
• 3.2.1 显微组织分析
• 3.2.2 显微硬度分析
• 3.2.3 拉伸性能试验及分析
• 3.2.4 疲劳性能试验及分析
• 3.2.5 拉伸及疲劳试样断口分析
• 3.3 讨论
• 3.3.1 焊后热处理组织与力学性能的相关性
• 3.3.2 组织对疲劳裂纹扩展速率的影响
• 3.3.3 气孔缺陷对接头性能的影响
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢