鈦合金高能束焊接接頭顯微組織與疲勞性能研究.pdf

1、鈦合金作為重要的航空結(jié)構(gòu)材料，其高能束焊接后的接頭顯微組織、常規(guī)力學(xué)性能以及疲勞裂紋擴(kuò)展行為成為越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)。本課題以高能束流作用下鈦合金焊接熔凝區(qū)、熱影響區(qū)顯微組織和焊接接頭不同區(qū)域疲勞斷裂行為為研究對(duì)象，探討了鈦合金高能束焊接接頭顯微組織的不均勻性、焊接間隙量對(duì)焊接接頭顯微組織和疲勞性能的影響以及焊接接頭不同區(qū)域疲勞裂紋擴(kuò)展行為。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　 ①完善了以局域梯度模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的焊縫組織不均

2、勻性表征方法，用該方法對(duì)TC4鈦合金電子束焊接四種典型形貌焊縫的柱晶尺寸梯度和縱橫向硬度梯度進(jìn)行了測(cè)量分析，并結(jié)合低周疲勞試驗(yàn)建立了焊接接頭顯微組織不均勻性與疲勞性能的關(guān)系。四種形貌焊縫的組織和硬度梯度分析表明，沿焊縫縱向柱晶長(zhǎng)度尺寸梯度以及三處橫向硬度梯度分布具有規(guī)律性，而縱向柱晶寬度尺寸梯度以及焊縫中心縱向硬度梯度分布無(wú)明顯規(guī)律性。綜合分析四種典型熔凝區(qū)形狀接頭的尺寸梯度分布和橫向硬度梯度分布，結(jié)果表明，鐘罩形焊縫的顯微組織不均勻程

3、度最小，楔形焊縫的顯微組織不均勻程度最大，并通過低周疲勞試驗(yàn)證明了顯微組織的不均勻程度與焊接接頭疲勞性能之間存在著密切聯(lián)系。
　　 ②通過對(duì)疲勞斷口的裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)不同部位和階段的疲勞輝紋等精細(xì)斷口特征分析、金相組織觀察，分析了焊接間隙對(duì)焊接接頭顯微組織和低周疲勞性能的影響及產(chǎn)生的原因。隨著焊接間隙量的增加，焊接接頭熱影響區(qū)寬度逐漸減小，柱狀晶長(zhǎng)度尺寸逐漸增大，同時(shí)晶內(nèi)α′針狀馬氏體的細(xì)密程度也發(fā)生變化；低周疲勞試驗(yàn)結(jié)果表

4、明焊接間隙量為0.15mm 試樣的焊接接頭低周疲勞壽命最好，0.20mm間隙量焊接接頭次之，通過對(duì)疲勞斷口的分析，顯示出壽命較高的0.15和0.20mm間隙量焊接接頭試樣近疲勞源區(qū)輝紋較0.00和0.10mm間隙量焊接接頭試樣更為細(xì)密，且大小不同、高低不等的裂紋擴(kuò)展平面區(qū)不多，顯示出比較好的韌性，抗裂紋萌生性能優(yōu)于間隙量較小的試樣。
　　 ③采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)疲勞裂紋擴(kuò)展路徑的方法，結(jié)合疲勞斷口分析、斷口金相組織觀察，研究了TA15鈦