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/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.     

基于正交试验的TC4钛合金激光成形连接工艺参数优化

为减少TC4钛合金激光成形连接件连接区缺陷,提高连接件连接质量,采用正交试验法对TC4钛合金激光成形连接工艺参数进行优化,以抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和内部缺陷等为综合评定指标,根据数理统计原理分析各工艺参数对连接质量的影响程度,为后续成形连接试验件力学性能研究提供近优工艺参数。优化结果表明,线能量密度0.5W·min/mm~2、坡口角度70°、扫描路径+60°～–30°为近优工艺参数,且各参数中线能量密度对连接试验件的拉伸性能影响显著。利用优化后的工艺参数进行试验,可获得满足国家标准的连接件,研究表明该方法可为合理选择成形连接工艺参数和保证连接质量提供参考依据。     

热变形对TC4氩弧拼焊板拉伸与疲劳性能的影响

在700℃下,对TC4氩弧拼焊板进行了3个变形量(主应变0.5％、1.6％、2.7％)的等双向拉伸成形,研究了热变形对TC4氩弧拼焊板单向拉伸性能和疲劳寿命的影响.结果表明:等双拉变形前后,TC4氩弧拼焊板拉伸试样均断裂在焊接热影响区,热影响区的强度低于母材和焊缝.随着等双拉热变形量增加,TC4拼焊板试样疲劳寿命有所增加,这是因为一定变形量的热成形释放了焊接残余应力.     

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。     

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...     

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。     

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.     

TC11钛合金钨极氩弧焊工艺试验研究

针对TC11钛合金材料进行了自动钨极氩孤焊接工艺试验,获得了成形良好的焊缝,焊接质量符合航空Ⅰ级焊缝标准.采用金相试验方法和力学性能试验对不同焊接填充材料下的显微组织和性能进行对比.结果表明,采用TC11同质焊丝可获得与母材抗拉强度相当的焊接接头,略高于采用TA2纯钛焊丝的接头,但采用TA2焊丝时的集中塑性接近母材.     

民用航空发动机TA19电子束焊疲劳试验

针对民用航空发动机钛合金整体叶盘常用材料TA19开展其母材试件与电子束焊焊接试件在20,300,450℃的疲劳试验,通过焊接试件的焊缝材料断口与母材断口形貌的比较探讨了焊缝材料的疲劳破坏机理,并在104~106循环的疲劳寿命区间内采用Basquin模型分别建立了焊缝材料和母材的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,结果显示母材试件与焊接试件的试验疲劳寿命大部分都落在了对应模型计算疲劳寿命的2倍线之内,表明试验得到的S-N曲线是合理的.焊接试件与母材试件的S-N曲线的对比分析表明,20℃时焊接试件的疲劳性能比母材试件略高,而在300℃和450℃时焊接试件与母材试件的疲劳性能差异随应力水平发生变化.但总地说来,在所关注疲劳寿命区间内,母材试件与焊接试件的计算疲劳寿命差异也在2倍线以内,初步表明两者的疲劳性能相当.      

钛合金扩散焊接头复合型疲劳裂纹扩展

设计并加工了TC4扩散焊接头紧凑拉伸剪切(CTS)试样。开展了不同加载角度下的Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展试验。试验结果发现:在加载角度小于45°时,裂纹均沿焊缝扩展至断裂,当加载角度达到45°以上时,裂纹开始出现沿与初始裂纹面呈一定角度的方向扩展至母材的情况。使用电子显微镜结合电位法获得了裂纹扩展a-N曲线。在此基础上,采用相互作用积分法计算复合型应力强度因子,以应变能释放率为参量对Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹扩展过程进行了分析。考虑Ⅱ型裂纹所占权重引入复合比,并在此基础上建立了TC4扩散焊接头不同加载角度及载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型疲劳裂纹扩展速率统一模型。      

TC18钛合金焊接接头力学性能试验研究

氩弧焊和电子束焊是钛合金加工中两类常见的工艺方法,对比研究两种工艺对焊接接头力学性能的影响对其在工程中的合理选用具有重要的参考价值。完成了TC18钛合金氩弧焊接头和电子束焊接头的静力拉伸及旋转弯曲疲劳试验,并根据试验结果对两类焊接接头的力学性能进行了对比分析,采用统计学方法给出了二者的中值疲劳寿命SN曲线及疲劳极限。研究结果表明：氩弧焊接头焊缝区内晶粒粗大,使得材料的力学性能明显劣化;电子柬焊接头具有更高的抗拉强度与更好的高周疲劳性能,更有利于工程应用。     

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.     

Hot deformation behavior and strain compensation constitutive model of equiaxed fine grain diffusion-welded micro-duplex TC4 titanium alloy

In this work, two-stage diffusion bonding of micro-duplex TC4 titanium alloy was carried out to study the flow behavior and constitutive models of the bonding joint and the base metal after the same thermal cycling during the hot forming process. Microstructure and mechanical properties test were used to verify the good quality of the equiaxed fine grain diffusion-welded TC4 alloy. Quasi-static tensile experiment was carried out at temperatures ranging from 750–900 °C and strain rates of 0.0001–0.1 s⁻¹. The joint showed the weak dynamic recovery at strain rates of 0.01–0.1 s⁻¹ and temperatures of 750–850 °C. At strain rates of 0.0001–0.001 s⁻¹ and temperatures of 850–900 °C, the flow stress of joint presented steady-state characteristics. Different deformation conditions lead to the remarkable difference of dynamic softening performance between the joint and heat-treated base metal, but the flow stress in elastic and strain hardening stages exhibited similar behavior. The strain compensated Arrhenius-type constitutive models of TC4 joint and heat-treated base metal were developed respectively. The fifth-order polynomial functions between the material property correlation coefficients and strain were obtained. The models have shown good correlation, with correlation coefficient values of 0.984 and 0.99. The percentage average absolute relative error for the models were found to be 10% and 9.46%, respectively.     

典型焊接参数对铝锂合金FSW对接接头疲劳性能的影响

采用疲劳试验机对3种不同对接工艺的Al-Li-S4铝锂合金FSW对接接头及母材进行了疲劳性能测试,并采用光学显微镜和扫描电镜对组织和断口进行了分析。结果表明:在210MPa应力水平下,Al-Li-S4-T8铝锂合金母材在疲劳寿命达到200万次;在600/400、800/80、800/2003种典型FSW工艺条件下,800/200参数接头疲劳性能最优,在170MPa应力水平下,接头疲劳寿命可达200万次;Al-Li-S4合金FSW接头疲劳断裂大部分从焊缝表面起裂,这可能与FSW过程中金属材料的周期性流动和周期性微观组织使焊缝内部出现强度薄弱区或应力集中有关。     

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。     

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.