深冷處理對(duì)TC4鈦合金電子束焊接接頭應(yīng)力和力學(xué)性能影響研究.pdf

1、鈦合金由于其優(yōu)越的性能,廣泛應(yīng)用于航空航天重要承載結(jié)構(gòu)件中。電子束焊接由于能夠保證接頭化學(xué)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(diǎn)成為鈦合金焊接的首選,尤其是在航空航天、核電等領(lǐng)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(duì)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(shí)意義。
　　本論文以TC4鈦合金作為研究對(duì)象,首先通過(guò)焊接工藝實(shí)驗(yàn),得到了9 mm厚TC4鈦合金電子束焊接工藝參數(shù);其次測(cè)量了TC4

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

3、分別為0h、2h、15h、24h、48h的深冷處理工藝進(jìn)行了研究。殘余應(yīng)力測(cè)試表明,隨著深冷處理時(shí)間的增加,平板表面殘余應(yīng)力降低。深冷處理在24小時(shí)以上后,焊縫中心表面殘余應(yīng)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(shí)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(xì)小的第二相并有長(zhǎng)大趨勢(shì)。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(shí)間的增大,主要衍射晶面相對(duì)強(qiáng)度都發(fā)生了變化,晶粒發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。深冷降低TC4鈦合金電子束焊接接頭殘余應(yīng)力的機(jī)理是焊縫附近析出第二相、相變、晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)等,從而改善了接頭組織。深冷處理對(duì)TC4電子束焊接接頭的硬度影響很小。隨著深冷處理時(shí)間的增加,硬度稍微會(huì)降低,但降低幅度很小。深冷處理對(duì)TC4電子束焊接接頭的抗拉強(qiáng)度沒(méi)有明顯影響;對(duì)接頭的伸長(zhǎng)率和斷面收縮率的影響是,深冷處理2小時(shí)降低了