TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头性能分析

针对航空发动机整体叶盘典型的TC4和TC17异种钛合金材料,开展其线性摩擦焊工艺试验以及接头拉伸、高周疲劳力学性能的测试和分析.结果表明:TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头焊后经630℃,保温3h的时效热处理后,其拉伸和疲劳性能较好.接头的室温拉伸和高温拉伸强度均介于TC4母材和TC17母材之间,略高于TC4母材的性能;高周疲劳性能达到TC4母材高周疲劳强度的95%以上.     

TC4-DT合金电子束焊接接头低周疲劳性能研究

通过对TC4-DT钛合金母材、电子束焊接接头显微组织的分析及焊接接头不同位置疲劳性能的测试,研究了焊接接头显微组织特点,比较了母材与焊接接头不同位置处的低周疲劳性能,讨论了不同应变水平下接头的断口形貌.结果表明,当疲劳应变幅△εt/2小于0.6％时,TC4-DT钛合金母材与接头的疲劳寿命2Nf基本相同,当疲劳应变幅△ε...     

大厚度钛合金电子束焊接接头的低周疲劳行为

研究了大厚度TC4钛合金电子束焊接接头的低周疲劳行为,比较了母材和焊缝的低周疲劳性能,并探讨了焊缝区的低周疲劳性能随厚度的变化情况.结果表明:焊缝与母材的低周疲劳性能十分接近,其低周疲劳性能基本达到母材的水平;在厚度方向上,焊缝的低周疲劳性能变化不大.     

TC4钛合金薄板高能束焊接接头疲劳性能研究

对TC4钛合金薄板激光焊和电子束焊接头的疲劳性能进行了试验研究,测试了不同应力水平下的疲劳寿命。采用统计分析的方法研究了TC4钛合金薄板母材及其高能束流焊接接头的中值疲劳寿命。分析了焊接工艺条件对接头疲劳强度的影响。结果表明,在高应力水平时,TC4钛合金高能束流焊接接头的疲劳寿命低于母材的疲劳寿命,在低应力水平时,TC4钛合金高能束流焊接接头的疲劳寿命高于母材的疲劳寿命。     

热处理工艺对TA15线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响

针对TA15钛合金线性摩擦焊接头,研究了不同热处理工艺对接头组织和力学性能的影响。研究结果表明：热处理过程中,针状亚稳态组织转变为片层α相+保留β相,并且随着热处理温度升高,片层结构逐渐增大。力学性能试验表明,接头拉伸断裂位置均在母材处,热处理后的焊接接头抗拉强度和屈服强度均高于焊态,且疲劳性能和冲击性能得到改善。为保证TA15钛合金线性摩擦焊接头获得较高的综合性能,热处理温度不应高于750℃。     

TC4＋TC17线性摩擦焊接头的微观组织与力学性能

进行了TC4+TC17异种钛合金试件的线性摩擦焊实验,利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜分析了焊接接头的微观组织,并进行了焊后接头的力学性能测试.着重分析了焊接接头的焊缝、近缝区及变形区的组织特点及相变规律,并结合线性摩擦焊的工艺特点,初步分析了形变组织的形成机理.实验结果表明,利用合理的焊接工艺参数,用线性摩擦焊方法可获得可靠的Tc4+TC1钛合金焊接接头,接头的拉伸性能优于TC4母材.TC4与TC17接头的焊缝区为等轴细品组织,两侧近缝区、变形区的组织形貌差异较大.     

大厚度TC4-DT钛合金电子束焊接接头微观组织和力学性能研究

对60mm厚TC4-DT钛合金锻件进行电子束焊接。通过对焊接接头显微组织观察,拉伸、冲击、断裂韧性测试,研究了该合金电子束焊接接头的力学性能。结果表明:TC4-DT钛合金具有良好的焊接工艺性能。焊缝为α相网篮组织,该合金电子束焊接接头的拉伸强度与基材相当,但冲击韧性与锻件相比略低。同时,该合金焊接接头也具有良好的损伤容限性能,与锻件相比焊接接头的断裂韧性下降约20%。     

TC4钛合金电子束焊接接头低周疲劳性能研究

采用应变控制方法,测试了TC4钛合金电子束焊接接头及母材低周疲劳性能,记录并比较了不同位置处的载荷-应变曲线,利用扫描电镜观察分析了低周疲劳断裂方式及断口形貌。研究结果表明:在高应变条件下,由于焊接接头区塑性变形能力较差,其低周疲劳寿命低于母材,低应变条件下,母材与焊接接头低周疲劳寿命相当;低周疲劳试样最终失效断裂均发生在母材区,但焊接接头区也存在明显表面裂纹,这与焊接接头区具有较高的强度、抗塑性变形能力及抗疲劳裂纹扩展能力有关。     

TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头组织与力学性能

针对用TC17(α+β)、TC17(β)钛合金材料,开展了线性摩擦焊接头组织和力学性能研究。结果表明:焊接接头共分为TC17(α+β)母材区、TC17(α+β)热力影响区、焊缝区、TC17(β)热力影响区、TC17(β)母材区5个部分;力学性能测试结果表明,试验温度为室温、200℃、300℃、400℃时,TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接头抗拉强度均达到母材的97%,试验温度为400℃时,持久强度达到母材的95%。     

TC4钛合金电子束焊接接头中值疲劳寿命研究

研究了TC4钛合金母材及2种不同焊接工艺电子束焊接接头的拉伸性能和疲劳性能,测试了同一应力水平下的疲劳寿命.疲劳测试试验结果表明:与母材相比,TC4钛合金电子束焊接后拉伸性能提高,延伸率降低.     

TC4-DT材料高压电子束焊接框工艺研究

对TC4-DT材料高压电子束框工艺进行了研究。采用高压电子束焊接技术来实现复杂结构、大厚度难熔金属的热工艺成形,并对工艺、微观形貌、力学性能及微观组织进行系统性的分析。试验结果表明:电子束所形成的焊缝较为平整,成形较窄,拉伸、冲击强度较高,抗拉性能强于母材,但冲击韧性有所下降;焊缝接头网篮组织结构中,焊缝组织不见明显晶界,保证了焊缝组织的连续,且晶粒交错细化。     

TC4钛合金线性摩擦焊接头的冲击韧性及断口特征

在自制的XMH-160型线性摩擦焊机上利用先期试验优化的规范参数进行TC4线性摩擦焊接试验.对焊后试件进行冲击试验研究,冲击试件基本沿母材断裂.观察冲击试件的宏观和微观断口,并分析接头的金相组织.结果表明,焊缝超细晶组织所具有的高断裂应力是焊接接头冲击韧性值高于母材的主要原因.     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding,LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征,利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明:接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶,焊接过程中WZ温度超过β转变点,焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α;TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力,使得接头形成的热力影响区(TMAZ)较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎,焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α;毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征,但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散,层间β消耗,初生α长大;WZ组织的细晶强化和第二相强化,TMAZ组织的应变强化和第二相强化,以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织与性能

针对航空发动机钛合金整体叶盘的典型材料TC11和TC17开展对异种钛合金线性摩擦焊的研究,其中包括飞边形貌、接头组织及拉伸性能等.研究结果表明:TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊沿振动方向的飞边较长;焊接接头明显分为3个区域:母材、热机械影响区和焊缝区,其中TC11母材为双态组织、TC17母材为网篮组织、热机械影响区的组织沿着受力方向被拉长,焊缝发生了动态再结晶,组织为等轴晶.拉伸测试结果表明:接头的抗拉强度及屈服强度能达到与TC11等强,拉伸试样均断在TC11母材一侧,随着测试温度提高,强度呈线性下降趋势;而断面收缩率均超过TC17母材,随着测试温度提高,变化不明显.     

Microstructures and fatigue properties of electron beam welds with beam oscillation for heavy section TC4-DT alloy

With the development of the manufacturing technology, electron beam welding（EBW） is capable of producing titanium alloy large parts in aero fields. To increase the applications and improve the properties, EBW with beam oscillation was investigated on TC4-DT alloy with50 mm thickness. We detected the welding samples by X-ray NDT, observed the microstructures of the welds, and tested the fatigue properties of the joints. The results showed that EBW with beam oscillation improved the weld morphology as well as welding quality, and the microstructure homogeneity of the welds and HAZ along the weld penetration were also improved. The fatigue properties of the joints with beam oscillation were more excellent than those of conventional EBW, even equal to those of the base metal under high stresses. The influences of the processing and the microstructure on the properties with beam oscillation were discussed.     

TC4-DT焊接接头Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展实验及模拟研究

拉剪复合载荷作用下,构件中的裂纹呈现复杂的Ⅰ-Ⅱ复合型扩展模式,研究其扩展规律对准确评估构件疲劳寿命具有重要意义。针对TC4-DT钛合金电子束焊接头Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展规律开展研究,设计并加工紧凑拉伸剪切(CTS)试样,通过开展不同加载角度下接头试样的疲劳裂纹扩展实验,得到接头Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的a-N曲线及疲劳裂纹扩展路径。在上述基础上引入Ⅰ-Ⅱ复合型等效应力强度因子并结合Paris公式建立TC4-DT电子束焊接头Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展速率方程。采用扩展有限元法(XFEM)对复合型疲劳裂纹扩展过程进行数值模拟研究,得到不同加载角度下的扩展规律,并与实验结果进行比较。结果表明:不同加载角度下Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹开裂角模拟值与实验结果误差均在10%以内,并且扩展路径均与实验结果吻合;XFEM能够有效预测复合型疲劳裂纹扩展路径。     

大规格损伤容限钛合金TC4-DT的研制及应用

为了满足新一代战斗机对大规格损伤容限钛合金的需求，开展了TC4-DT钛合金大规格棒材与锻坯的成分与组织控制、大型锻件热处理过程中的显微组织控制、材料与锻件的制造过程控制、零件的疲劳强化等研究。经过大型铸锭熔炼、大规格棒材和锻坯试制、大厚度锻件试制、结构设计与制造，结果表明：损伤容限钛合金TC4-DT大型铸锭的成分均匀、大型锻坯和大厚度锻件的抗拉强度变异系数降至约2%，激光冲击、喷丸和冷挤压等对该合金的寿命增益效果显著。损伤容限钛合金TC4-DT在新一代战斗机上获得了广泛应用。     

TC17钛合金焊接接头组织与力学性能分析

对TC17钛合金薄板采用氩弧焊和电子束焊两种焊接方法焊接,进行了拉伸试验,结合拉伸试验结果与断口形貌,对比分析了力学性能与焊接接头组织之间的联系。研究结果表明,TC17钛合金在经历TIG焊接热循环后,焊缝及靠近焊缝的热影响区晶粒粗化,电子束焊接头热影响区较窄且没有粗晶区形成;两种焊接试样抗拉强度均与母材等强;相对延伸率有所降低,主要是热影响区及焊缝的组织变化所致;氩弧焊焊缝组织较不均匀性更为显著。     

奥氏体合金熔焊接头形变再结晶态的疲劳性能

焊接接头的微观组织和力学性能不均匀性影响疲劳性能,常用焊后热处理等工艺方法来改善。但奥氏体型合金固态无同素异构转变,焊后热处理难以明显地改善其微观组织和疲劳性能。形变再结晶工艺可以同时改善其微观组织和力学性能,进而可以非常显著地提高该焊接接头的抗疲劳断裂能力。本文主要讨论１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ熔焊接头形变再结晶态的微观组织和疲劳性能,并以该焊接接头的低循环疲劳性能来验证