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.     

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.     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能分析

针对飞机用典型的TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头,开展组织及接头的拉伸、冲击和低周疲劳等力学性能测试。结果表明:TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头经过700℃+保温3h的热处理后,接头的室温和高温抗拉强度达到母材的97%以上,室温和低温冲击性能略高于母材,室温低周疲劳性能与母材相当,具有良好的综合力学性能。     

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.     

TC11/TC17线性摩擦焊飞边及焊缝微区特征分析

对TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊飞边和接头的组织进行了分析。研究结果表明,焊接飞边组织不是2种钛合金的混合组织而是由TC11钛合金、过渡区和TC17钛合金组成。而线性摩擦焊接头由TC11母材、TC11侧热力影响区、焊合区、TC17侧热力影响区、TC17母材组成,两侧热力影响区组织沿着飞边挤出方向被拉长,而两侧焊合均发生动态再结晶,并在焊合线处形成了共生晶粒。     

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。     

TC17钛合金在TIG焊接方法下的焊接性研究

利用填充TA2焊丝的TIG焊接方法,研究了焊接接头组织和性能特点,并利用焊前涂覆活性剂和焊后进行热处理的正交试验,讨论了焊前和焊后处理方法对焊接接头性能的影响。试验结果表明,TC17钛合金TIG焊接接头明显可见焊缝、熔合线和热影响区等区域,焊缝区柱状晶特点明显并且存在一定量的小气孔,热影响区晶粒较大;焊接接头组织较母材有软化的倾向。焊后接头强度达到母材的85%,热处理后接头强度可达到母材的90%以上,并且热处理后的焊接接头具有良好的高温拉伸、持久性能,显示出TC17钛合金具有良好的焊接性。     

锻造TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳破坏机制

对锻造TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头进行了应力控制的高周疲劳试验和应变控制的低周疲劳试验,利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察与分析,研究了疲劳裂纹的起裂机制.研究结果表明:所有的高周疲劳试样裂纹起裂位置和最后断裂位置均发生在母材区,而低周疲劳试验试样断裂位置表现出不确定性,在焊缝区和母材区均可导致裂纹起裂.高周疲劳载荷下,裂纹起源于表面滑移;低周疲劳时,裂纹可能在接头母材区的表面起裂,也可能在接头焊缝的内部缺陷处起裂,裂纹起裂模式取决于载荷大小.      

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...     

TC2钛合金焊接接头组织与疲劳断裂性能研究

通过金相、硬度、拉伸以及疲劳实验,分析了TC2钛合金焊接接头显微组织结构、硬度分布规律及拉伸、疲劳性能,并综合疲劳断口特征,进一步分析了焊接接头光滑试样的疲劳性能与影响因素。结果表明,焊缝区为α α′相的魏氏组织,热影响区为α α′ 少量β相的魏氏组织,母材为α β相的等轴组织。焊缝区的硬度高于母材50HV,塑性较差,由于焊缝内几何不连续缺陷的存在使其疲劳性能较低;热影响区的硬度较低,塑性较好,其拉伸强度是焊接接头部位的最薄弱区,但却有较好的疲劳性能。     

TC1和TC4钛合金腐蚀加工溶解行为研究

测试了TC1和TC4钛合金在氢氟酸-硝酸溶液中腐蚀加工的E-t曲线和极化曲线,分析了腐蚀加工过程的速率变化,观察了腐蚀加工形貌。在氢氟酸-硝酸腐蚀加工液中,极化曲线呈现活化-钝化特征,氢氟酸浓度较高时,硝酸浓度增大到一定值后,极化曲线呈现自钝化倾向。钝化膜的生成速率和厚度由氢氟酸和硝酸体积比决定,氢氟酸和硝酸体积比为1∶2时,腐蚀加工速率最大。腐蚀加工初期钛合金表面氧化膜被破坏,自腐蚀电位迅速变负,加工速率较大,继续加工,硝酸使钛合金表面发生钝化,导致速率降低,钝化膜的生成和破坏同时进行,当钝化膜的生成与基体溶解达到动态平衡时,自腐蚀电位和加工速率趋于稳定。TC1和TC4钛合金中的Ti和Al优先溶解,随着硝酸浓度的增加,钛合金表面微观凹坑变浅。     

TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊连接机理研究

为了探明TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊接头连接机理,采用扫描电镜来研究接头不同位置的微观形貌。结果表明,在振幅为3mm、频率为40Hz、摩擦压力为66.7MPa、摩擦时间为2s的条件下,在接头表面表现为"摩擦磨损"特征。在距接头表面2.5mm处,接头具有"粘着剪切"特征,且原始摩擦界面上有微孔存在,TC11钛合金发生了动态再结晶,而TC17未发生动态再结晶。在距接头表面5mm处,界面上有微孔存在,且在TC17焊缝与热机械影响区(TMAZ)交界处产生裂纹。在距接头表面7.5mm处,原始摩擦界面无微孔存在,在TC17焊缝与TMAZ交界处有裂纹存在。在距接头表面10mm处,接头内无缺陷存在。接头内不同位置的形貌在一定程度上反映了接头的形成过程。     

TC4紧固件性能的试验研究

验证了航空飞行器结构中以滚压MJ螺纹的TC4螺栓替代常规M螺纹的30CrMnSiA螺栓的可行性。试验证明30CrMnSiA螺栓的拉伸性能略高于TC4螺栓,而TC4螺栓的拉伸疲劳性能优于30CrMnSiA螺栓。对破坏试件进行断口分析,确定螺栓断裂属于疲劳破坏。分析了螺栓制造工艺,发现TC4螺栓滚压工艺产生的残余应力和MJ的螺纹形状是影响螺栓疲劳性能的主要因素。     

TC6钛合金超塑性变形

对TC6钛合金在800~900℃温度区间内,分别进行应变速率为0.0001~0.1 s-1的恒应变速率法拉伸实验和最大m值法超塑性拉伸实验,获得拉伸过程应力-应变曲线,并采用金相显微镜对拉伸后断口附近显微组织进行分析。结果表明：TC6合金表现出良好的超塑性性能,随着应变速率或温度的升高,伸长率先增大后减小,恒应变速率拉伸时,在温度850℃、应变速率0.001 s-1条件下伸长率可达到993%;在同一变形温度下最大m值法拉伸能获得比恒应变速率法更好的超塑性,850℃时伸长率达到1353%;TC6合金在超塑性变形过程中发生了明显的动态再结晶,并随着应变速率和温度的升高动态再结晶行为增强。     

TC11合金燃烧特性初步研究

钛火严重威胁航空发动机用钛安全,开展钛合金燃烧特性研究是发动机合理用钛及采取有效防范措施的基础。通过液滴引燃试验法初步研究了TC11合金的燃烧特性,分析了燃烧的过程特征、试片温度与氧气含量(分压)对启燃的影响及燃烧表面的微观组织。结果表明:在压缩空气/氧气作用下,TA1液滴发生燃烧并将TC11合金试片引燃,燃烧过程中反应剧烈,喷射出大量火花;随着TC11合金试片温度的提高,引燃所需的临界氧气分压逐渐降低;TC11合金试片的烧损表面形成了氧化层,从表面到内部呈现出疏松区、致密区和燃烧影响区三种典型的组织区。     

大型钛合金锻件的研制

本论述了生产大型钛合金锻件的工艺难点，并制定了用棒材生产大型钛合金锻件的技术协议及锻造工艺，使其力学性能达到了设计要求。     

TC18钛合金普通退火工艺研究

研究了普通退火工艺参数对TC18（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,合金强度随退火温度升高先降低后上升,900％及以上温度退火后合金强度可达到1100MPa以上。a相形状、数量及尺寸等方面的变化是影响合金强度和塑性的关键因素。     

TC4钛合金真空钎焊的研究

用钛基钎料钎焊的钛合金焊接接头强度较高,因而具有一定的应用前景。本课题采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料并加入适当的合金元素,成功地应用于TC4合金的钎焊,钎缝成形良好,提高了焊接接头的性能。