深冷處理對TC4鈦合金電子束焊接接頭應力和力學性能影響研究.pdf

1、鈦合金由于其優(yōu)越的性能,廣泛應用于航空航天重要承載結構件中。電子束焊接由于能夠保證接頭化學成分純凈、能量密度高、焊接接頭熱影響區(qū)小等一系列優(yōu)點成為鈦合金焊接的首選,尤其是在航空航天、核電等領域。深冷處理是改善材料組織性能的一種工藝,研究和分析深冷處理對鈦合金電子束焊接接頭性能的影響具有一定的理論和現(xiàn)實意義。
　　本論文以TC4鈦合金作為研究對象,首先通過焊接工藝實驗,得到了9 mm厚TC4鈦合金電子束焊接工藝參數(shù);其次測量了TC4

2、鈦合金電子束焊后焊縫形貌及平板表面殘余應力,利用有限元軟件ABAQUS建立了正確有限元模型;進而發(fā)現(xiàn)平板焊后內(nèi)部存在較大殘余應力,尤其是焊縫中心存在三向拉伸應力。因而提出對焊接接頭進行深冷處理,降低殘余應力及改善TC4鈦合金組織和力學性能。通過對深冷處理后TC4電子束焊接接頭的殘余應力測試、力學性能測試,并對金相、掃描電鏡圖像、XRD及拉伸和沖擊斷口掃描圖像對深冷作用機理進行了研究和解釋,具體結果如下:
　　對在液氮溫度下保溫時間

3、分別為0h、2h、15h、24h、48h的深冷處理工藝進行了研究。殘余應力測試表明,隨著深冷處理時間的增加,平板表面殘余應力降低。深冷處理在24小時以上后,焊縫中心表面殘余應力大幅降低。由此可以發(fā)現(xiàn),最佳深冷處理工藝為:液氮溫度下保溫24小時以上。
　　深冷處理后金相和SEM圖像發(fā)現(xiàn),在接頭熔合線處析出大量第二相晶粒,并且沿著一定方向規(guī)律性排列;在焊縫處析出少量細小的第二相并有長大趨勢。在焊縫處還發(fā)現(xiàn)晶粒內(nèi)部發(fā)生了相變,使得塊狀α

4、相增多。XRD顯示出焊縫處有新相析出,并且隨著深冷處理時間的增大,主要衍射晶面相對強度都發(fā)生了變化,晶粒發(fā)生了轉(zhuǎn)動。深冷降低TC4鈦合金電子束焊接接頭殘余應力的機理是焊縫附近析出第二相、相變、晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動等,從而改善了接頭組織。深冷處理對TC4電子束焊接接頭的硬度影響很小。隨著深冷處理時間的增加,硬度稍微會降低,但降低幅度很小。深冷處理對TC4電子束焊接接頭的抗拉強度沒有明顯影響;對接頭的伸長率和斷面收縮率的影響是,深冷處理2小時降低了