鈦合金電子束焊接接頭力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究.pdf

1、本課題是北京航空航天研究一所的TA15鈦合金疲勞性能測(cè)試課題的延續(xù)，北京航空航天一所曾經(jīng)委托北京工業(yè)大學(xué)高校強(qiáng)度檢測(cè)所進(jìn)行TA15鈦合金母材及其電子束焊接接頭高周疲勞性能測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明同種材料的TA15鈦合金母材的高周疲勞極限明顯高于電子束焊接接頭。本課題就是在此基礎(chǔ)上針對(duì)國(guó)防工業(yè)常用的TA15鈦合金經(jīng)電子束焊接加工造成的疲勞性能變化的進(jìn)行了深入研究，從其母材和電子束焊接接頭高周疲勞性能的差異出發(fā)，通過(guò)界面破壞拉伸試驗(yàn)、彈性常數(shù)

2、分布測(cè)量試驗(yàn)和金相結(jié)構(gòu)定量分析試驗(yàn)對(duì)TA15鈦合金電子束焊接接頭的宏觀力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系進(jìn)行研究。為研究TA15電子束焊接工藝，提高鈦合金電子束焊性能提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。 本文重點(diǎn)研究了以下三個(gè)方面：①通過(guò)高周疲勞測(cè)試試驗(yàn)和界面破壞試驗(yàn)研究TA15鈦合金焊接接頭的母材和焊縫的力學(xué)性能的差異。②通過(guò)超聲法測(cè)量焊接接頭上母材區(qū)域到焊縫區(qū)域彈性常數(shù)的變化規(guī)律，通過(guò)電測(cè)法對(duì)彈性模量的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并量化近焊縫彈性模量異常區(qū)域的寬度

3、。③通過(guò)定量金相試驗(yàn)建立宏觀與微觀的基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而量化近焊縫區(qū)域微觀金相結(jié)構(gòu)異常區(qū)域的寬度。為研究鈦合金電子束焊接工藝提供基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)。 本課題取得的主要研究成果為： ①TA15鈦合金母材的高周疲勞極限明顯高于電子束焊接接頭，兩者相差66.7MPa，焊接接頭的疲勞極限比母材降低了13.7％。 ②界面破壞試驗(yàn)的結(jié)果表明電子束焊接加工導(dǎo)致焊接接頭區(qū)域的力學(xué)性能發(fā)生變化，母材的性能明顯優(yōu)于焊縫，熱影響區(qū)作為界面處于

4、兩區(qū)域之間。 ③研究了TA15鈦合金電子束焊接接頭的彈性常數(shù)的分布規(guī)律，結(jié)果表明母材區(qū)域和焊縫的彈性模量明顯差異。母材和焊縫之間存在一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，將該區(qū)域定義為“彈性模量異常區(qū)域”，測(cè)量該區(qū)域的平均寬度為4.16mm。在95％的可靠度下，估計(jì)區(qū)間為3.86mm～4.51mm。 ④顯微硬度測(cè)試試驗(yàn)，晶粒尺寸定量測(cè)試和體積分?jǐn)?shù)測(cè)試試驗(yàn)均表明母材區(qū)域與焊縫區(qū)域之間存在一定寬度的過(guò)渡區(qū)域，參照等軸(球狀)α相體積分?jǐn)?shù)的變化，定義

5、該區(qū)域?yàn)椤暗容Sα相(球狀)含量異常區(qū)”，測(cè)量該區(qū)域的寬度為1.5mm。 ⑤高周疲勞試驗(yàn)試件斷裂位置統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的結(jié)果表明，斷在焊縫以外的3個(gè)試件中，有兩個(gè)試件的斷裂位置在“彈性模量異常區(qū)域”的邊界范圍內(nèi)，斷點(diǎn)位置(4.52mm)與“彈性模量異常區(qū)域”在95％可靠度下的母體均值估計(jì)區(qū)間上限基本重合。在大概率條件下，推測(cè)電子束焊接加工造成的近焊縫異常區(qū)域(彈性模量異常區(qū)域)對(duì)電子束焊接接頭試件疲勞性能有極其重要的影響。該推測(cè)的準(zhǔn)確性和可