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.     

GH536镍基高温合金焊接接头力学性能与断裂特征研究

对GH536合金焊接接头的硬度进行测试和分析,对母材及焊接接头进行室温和500℃拉伸试验,并分析了断裂特征,分析了母材和焊接接头不同区域的断裂韧度。结果表明:热影响区硬度未见明显变化,与母材一致;从熔合线到焊缝中心,由于枝晶变细,显微硬度逐渐升高。焊接接头整体室温拉伸强度、屈服强度和断后伸长率分别为810MPa,392MPa和30%,达到了母材的99.6%,99.7%和93.8%;在500℃时,接头整体抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为678MPa,300MPa和26%,达到了母材的98.1%,96.8%和78.8%;GH536合金焊接接头具有良好的力学性能。在熔合区组织不均匀性最为严重,熔合区是GH536合金焊接接头的薄弱环节。在室温和500℃,母材及焊接接头的断裂方式均为塑性断裂。     

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。     

高强钛合金TIG焊接工艺研究

进行了高强钛合金Ti17 TIG焊接接头力学性能测试。结果表明,Ti17焊缝为针状组织,硬度低于母材;HAZ组织明显长大,硬度高于母材。接头拉伸时为韧性断裂,接头延伸率比母材高,接头拉伸强度达到母材的75%。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

文摘对航空用5 mm厚的7075铝合金搅拌摩擦焊试样热处理前后的焊缝微观组织及性能进行了研究。结果表明:当搅拌头旋转速度400 r/m in、焊接速度40 mm/m in时,接头拉伸强度达到353 MPa,是母材强度的78.5%;焊核区为等轴晶;经热处理后接头拉伸强度值达到母材强度的83.0%;硬度的最低处在前进侧热机影响区;断口的微观形貌表现为具有强化相的韧窝特征,且断裂几乎发生在前进侧的热机影响区。由此认为,7075铝合金搅拌摩擦焊接头的薄弱点在热机影响区。     

应力腐蚀和氢致裂纹机构

 用抛光的恒位移试样对不同强度的四种低合金钢在各种致氢环境（如电解充氢,H₂和H₂S气体,水.H₂S水溶液等）下,跟踪观察了应力腐蚀裂纹和氢致滞后裂纹的产生和扩展过程。结果表明,当钢的强度和K₁大于临界值后,在任何一种致氢环境中都能产生氢致滞后塑性变形,即随着原子氢的扩散进入,原裂纹前端塑性区及其变形量逐渐增大。当这个氢致滞后塑性变形发展到临界状态时,就会导致氢致滞后裂纹的形核和扩展。 用光滑拉伸试样,弯曲试样,Ⅰ型,Ⅲ型以及Ⅰ-Ⅲ复合型预裂纹试样研究了氢对表观屈服强度的影响。结果表明,对光滑拉伸和预裂纹扭转试样,氢对屈服强度的影响是不明显的。但如试样中存在拉应力梯度（如弯曲试样,Ⅰ型或复合型预裂纹试样）,当钢的强度和进入的氢量超过临界值时,氢就能明显地降低表观屈服强度,这就是氢致滞后塑性变形的原因。根据表观屈服强度对进入的氢量和强度的依赖关系,可以解释K_lscc和da/dt对强度和环境的依赖关系。 研究了变形速度,试验温度以及预先塑性变形程度对氢致表观屈服强度下降的影响。在此基础上探讨了氢使表现屈服强度下降的原因。     

K640合金TLP连接接头组织及力学性能

为考察瞬时液相(TLP)连接方法对钴基高温合金K640合金的适用性,采用非晶态中间层进行连接试验,观察接头区显微组织,测试接头的力学性能并进行断口分析。结果表明:瞬时液相连接能够实现K640合金的良好结合,接头组织致密,成分均匀,组织与成分均与母材接近;接头高温拉伸强度达到等条件下母材强度74%,断口具有明显的韧窝形貌;高温持久强度达到等条件下母材强度的70%以上。     

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 钛合金扩散焊接头剪切疲劳性能研究

为了研究钛合金扩散焊接头在航空航天领域焊接性能的稳定性，制备了双搭接形式的接头试样，在温度为 910 ℃、压力为 3.4 MPa 条件下对 TC4 钛合金板材进行扩散连接，并对双搭接接头试样开展静强度试验，获得试样在焊缝界面处的平均剪切强度约为 199.4 MPa，试样断裂前后接头没有发生明显的塑性变形。此外，对双搭接接头试样还开展了不同载荷水平下的疲劳性能试验。结果表明：疲劳试样存在3种不同破坏模式。在高载荷水平下，试样会在切应力主导下发生基板与搭接板的完全脱焊；在低载荷水平下，试样会在正应力主导下发生基板沿厚度方向的断裂；在中等载荷水平下，试样先发生局部脱焊随后沿基板厚度方向断裂。 在上述失效模式分析的基础上，结合疲劳寿命试验数据分别得到接头的正应力 - 寿命和切应力 - 寿命曲线。     

压力对Ti2AlNb合金扩散焊接头组织与性能的影响

针对Ti₂AlNb合金进行直接固态扩散焊，研究压力对合金扩散焊接头组织与性能的影响，使用扫描电镜分析焊接接头的显微组织随压力的变化规律，对不同压力下的焊接接头进行室温拉伸实验，分析接头性能随压力的变化趋势以及接头的断裂机制。结果表明：随着压力的增加，试样表面的变形量增大，在高温下变形区域发生动态回复与再结晶，促进了连接面处孔洞的愈合，焊合率因此逐渐升高；Ti₂AlNb合金扩散焊接头可以分为再结晶区、变形区以及母材三部分，其中再结晶区主要由等轴的B2相以及α₂相组成，随着扩散焊压力的增加，再结晶区的宽度明显变宽；焊接接头的强度随着压力的增加先升高后下降。当焊接工艺参数为960℃-60 MPa-120 min时获得的焊接接头性能最好，其抗拉强度为972 MPa，达到母材强度的98%；过大的压力使得再结晶晶粒粗化，且再结晶区和变形区交界处产生裂纹，导致接头性能反而恶化。     

应力状态对磁记忆信号的影响

 通过对20#钢试件拉伸时表面磁场的在线测量和20#钢试件经过不同程度拉伸并卸载后的表面磁场的测量,研究应力状态对磁记忆信号的影响。20#钢进行拉伸试验时,在应力集中部位,当变形很小时磁场信号变化平缓;产生一定程度塑性变形后磁场信号变化相对剧烈;出现颈缩现象时磁场信号变化非常剧烈。经分析认为,磁记忆信号的变化与材料内部微观组织的状态有关,试件变形很小时,磁弹性效应对试件表面磁场的变化起主要作用;试件变形较大时,其表面磁场的变化主要受塑性变形区内位错聚集产生的微缺陷的影响。     

TC21细晶钛合金TIG焊接接头组织及力学性能研究

开展了不同晶粒尺寸的细晶粒TC21钛合金的TIG焊接实验,研究了母材及接头组织和力学性能。结果表明：细晶粒TC21钛合金TIG焊接接头抗拉强度达到母材的95％左右,焊接性较好;但是焊接接头脆化严重,伸长率和断面收缩率均较低。焊缝中心和热影响区组织相似,为α’马氏体组织。相同焊接规范下,21μm的细晶TC21合金焊缝及热影响区为片状或长粒状α’组织;而7μm的细晶TC21合金接头中α’丛的尺寸较小且相互交错,形成针状或短粒状α’组织。硬度测试表明：靠近母材的热影响区细晶区存在一个软化区,该区域硬度最低,而焊缝中心与热影响区粗晶区分界处（细晶过渡区（FTZ））也存在硬度的下降,不过此区域下降幅度不大。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理特征越明显。     

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。     

AF1410钢电子束焊接接头组织及性能研究

采用电子束扫描焊和修饰焊工艺对5mm AF1410钢板进行电子束焊接。针对热处理前、后的接头,采用光学显微镜、扫描电镜、硬度仪等对其组织、硬度及拉伸断口进行分析。结果表明:接头热影响区分为浅腐蚀区和深腐蚀区,分别为单一马氏体(M)、M+少量逆转奥氏体(Ar)组织;焊缝区柱状晶分为重熔区、正火区和回火区,晶内为马氏体,晶界附近为残留奥氏体。热处理后,接头组织、显微硬度与母材趋于一致,抗拉强度也达到了母材98%以上,失效裂纹始于热影响区,呈约60°方向扩展并贯穿整个接头。     

Residual Strength of Stiffened LY12CZ Aluminum Alloy Panels with Widespread Fatigue Damage

Experimental and analytical investigations on the residual strength of the stiffened LY12CZ aluminum alloy panels with widespread fatigue damage （WFD） are conducted. Nine stiffened LY12CZ aluminum alloy panels with three different types of damage are tested for residual strength. Each specimen is pre-cracked at rivet holes by saw cuts and subjected to a monotonically increasing tensile load until failure is occurred and the failure load is recorded. The stress intensity factors at the tips of the lead crack and the adjacent WFD cracks of the stiffened aluminum alloy panels are calculated by compounding approach and finite element method （FEM） respectively. The residual strength of the stiffened panels with WFD is evaluated by the engineering method with plastic zone linkup criterion and the FEM with apparent fracture toughness criterion respectively. The predicted residual strength agrees well with the experiment results. It indicates that in engineering practice these methods can be used for residual strength evaluation with the acceptable accuracy. It can be seen from this research that WFD can significantly reduce the residual strength and the critical crack length of the stiffened panels with WFD. The effect of WFD crack length on residual strength is also studied.     

黏接界面试件拉伸变形破坏过程的数字散斑相关方法分析

对黏接界面试件拉伸变形破坏过程进行了观察,通过编制数字散斑相关方法(DSCM)处理图像,提取得到试件表面随着载荷变化而变化的位移场和应变场及其演化过程.结果表明:带预制脱黏黏接界面试件在拉伸过程中,由于预制脱黏尖端附近产生应变集中将产生起裂.DSCM能较好地应用于黏接界面试件表面的变形和破坏分析中,定量测量了界面变形场,并与试验结果相吻合.     

孪晶界对α铁力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学方法研究在单轴拉伸载荷下孪晶界间距和孪晶界与拉伸载荷角度对纳米孪晶铁力学行为的影响。结果表明:纳米孪晶铁的屈服强度随着孪晶界间距的增大而增大,呈现反常的Hall-Petch关系;单晶铁中出现变形孪晶,此时其塑性变形以变形孪晶为主;弹性模量随孪晶界间距增大有轻微的增大;拉伸载荷与孪晶界不垂直时,屈服应力降低,变形方式则以去孪晶为主。     

含多处损伤未加筋铝合金-壁板的剩余强度

 进行了含多处损伤（MSD）的未加筋LY12CZ铝合金壁板的剩余强度试验。用0.12的钼丝切割预制裂纹,在垂直于裂纹面的方向施加单调增加的拉伸载荷,直至壁板破坏。得到了含不同裂纹几何的未加筋壁板的剩余强度。试验结果表明随着主裂纹长度增加,未加筋壁板的剩余强度减小;对相同的主裂纹长度,主裂纹和相邻的MSD裂纹之间的距离b减小,平板的剩余强度也减小。用5种失效准则分别计算了每个壁板的剩余强度。与试验结果的比较表明,净截面屈服准则和表观断裂韧性准则的误差较大,塑性区连通准则预测的平均误差为22.17%,改进的表观断裂韧性准则的平均误差为16.98%,而改进的塑性区连通准则预测的平均误差为8.27%,改进的塑性区连通准则大大提高了预测结果的精度。