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《大连交通大学》 2012年
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氢对TC4钛合金焊接接头组织与性能影响的研究

刘鹏涛  
【摘要】:钛合金材料的焊接方法中,电子束焊接是一种先进的高能束流加工技术,具有其他传统焊接方法无法比拟的优点。由于钛合金电子束焊接构件在使用环境中存在氢和循环应力,焊接构件有发生氢致断裂的可能,因而研究氢对电子束焊接头疲劳性能的影响显得十分重要。作为一种新型的固相连接技术,线性摩擦焊接具有优质、高效、节材、无污染等一系列优点,但线性摩擦焊技术也存在焊机吨位大、设备制造复杂的问题,限制了它的应用范围。钛合金置氢加工工艺是把氢作为一种临时合金化元素,通过改变钛合金的相组成和微观结构,进而达到改善钛合金加工性能的目的。应用这一技术可以允分发挥钛合金材料的加工性能,降低合金对设备成型能力的要求。本文以TC4钛合金为研究对象,首先分析了置氢后TC4钛合金室温组织及亚结构的演变规律,然后研究了氢对TC4钛合金电子束焊接头疲劳性能的影响规律,最后研究了置氢TC4钛合金的线性摩擦焊连接性能,并对置氢钛合金线性摩擦焊过程进行了数值模拟。 钛合金的室温组织是影响其焊接性能以及接头力学性能的主要因索。本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪及透射电子显微镜分析了置氢对TC4钛合金室温组织及亚结构的影响规律,并揭示了置氢TC4钛合金中氢化物的析出机制。研究结果表明,随着氢含量的增加,TC4钛合金组织中初生α相的含量逐渐减少,p相的含量逐渐增多,孪晶数量明显增多。当氢含量达到0.25wt%后,在TC4钛合金中观察到了面心立方结构的6氢化物。 采用置氢C(T)试样对TC4钛合金电子束焊接头的室温疲劳裂纹扩展速率进行J’测定。研究结果得出,置氢母材试样在低速扩展区和失稳快速扩展区的da/dN相对于未氢试样有明显的提高,但不同氢含量之间差别不大。在稳态扩展区(Paris区),氧对试样da/dN的影响很小。对于焊缝试样,置氢试样的da/dN在裂纹扩展的全过程均明显于未置氢试样,并且随着氢含量的增加,裂纹扩展速率提高,只是在氢含量0.054wt%增加到0.101wt%时,提高幅度变小。氢对TC4钛合金母材和焊缝试样断口形貌的影响规律基本相同,在预裂区,随着氢含量的增加,二次裂纹的数量增多。在稳态扩展区,随着氢含量的增加,疲劳条带宽度增大,二次裂纹的数量增多、尺寸增大,农明材料脆性增大。在失稳快速扩展区,不同氢含量的试样都为典型韧性断裂,置氢试样的韧窝较浅、较小。 采用统计分析的方法研究了氢对TC4钛合金电子束焊接头疲劳寿命的影响。结果表明,氢显著降低了TC4钛合金电子束焊接头试样的疲劳寿命,氢含量0.028wt%钛合金试样的疲劳寿命仅为未置氢试样的1/2,当氢含量增大到0.120wt%时,疲劳寿命降到了未充氢的1/5。疲劳试样多数断于接头的热影响区,造成这一结果的主要原因是热影响区的组织不均匀性和氢含量相对较高。断口的形貌特征表明,氢促进了疲劳裂纹的萌生和增加了裂纹扩展的速度,导致钛合金电子束焊接头的疲劳寿命显著降低。 本文系统研究了未置氢TC4钛合金的线性摩擦焊连接性能,总结得出,未置氢TC4合金获得成功焊接头并具有优良力学性能的临界工艺参数条件为:f=30Hz,a=2mm,p=4T,t=2s。焊接时需要输入的最小有效功率密度为8×106W/m2。相同焊接工艺参数下置氢TC4钛合金接头的焊合率均高于未置氢钛合金,接头的焊缝宽度也明显小于未置氢钛合金。随着氢含量的增加,置氢钛合金接头的轴向缩短量先显著增加后又稍微降低。氢含量在0.3~0.4wt%之间时,钛合余具有较好的高温塑性,对于提高钛合金的线性摩擦焊连接性能最为有利。置氢-除氢处理过程没有降低TC4钛合金线性摩擦焊接头的室温力学性能。计算得出,置氢TC4钛合金获得成功焊接接头需要要输入的最小有效功率密度为5.5×106W/m2,与未置氢钛合金相比,降低幅度达到了30%。氢主要通过改变钛合金中的两相比例,促进高温变形过程中位错运动和动态再结晶等机制来增加钛合金的高温塑性,从而改善钛合金的线性摩擦焊连接性能。 采用"COSMAP"有限元数值模拟软件,综合考虑线性摩擦焊过程中温度场、应力场、组织场的三场耦合作用,建立了三维弹塑性有限元模型,较好地对置氧TC4钛合金线性摩擦焊过程中的温度场、应力场以及焊缝区的相变过程进行了数值模拟,并对比分析了氢的影响。通过特定节点温度变化曲线的测量,接头表面残余应力的测量以及焊缝区的组织分析对模拟结果进行了试验验证,结果表明,模拟结果与试验结果吻合较好。此数值模拟结果可为钛合金线性摩擦焊的工艺参数优化与接头质量控制提供参考依据。
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG407

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张少卿;氢在钛合金热加工中的作用[J];材料工程;1992年02期
2 彭艳萍,曾凡昌,王俊杰,章怡宁,夏绍玉;国外航空钛合金的发展应用及其特点分析[J];材料工程;1997年10期
3 何晓,沈保罗,曹建玲,邱绍宇,邹红;氢对两种新型钛合金强度和塑性的影响[J];稀有金属材料与工程;2003年05期
4 赵林若,张少卿,颜鸣臬;氢对Al和V在β纯Ti中扩散的影响[J];材料科学进展;1990年03期
5 谭晓礼,顾海澄;Ti单晶及多晶与孪晶相关的疲劳裂纹萌生[J];材料研究学报;1996年01期
6 许全周;马铁军;张勇;李文亚;杨思乾;;淬火状态下45钢线性摩擦焊接头的组织变化及性能特点[J];电焊机;2007年10期
7 孙成彬;张田仓;李晶;陶军;;高温钛合金Ti60线性摩擦焊接头形貌特征及接头性能分析[J];电焊机;2008年11期
8 李远睿,黄本多,何庆兵;氢对Ti-Al-V钛合金的冲击韧性及组织的影响[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年02期
9 陈芙蓉 ,霍立兴 ,张玉凤;电子束焊接技术及其接头质量评定[J];焊接;2001年11期
10 徐济进,严铿,蒋成禹;氢对T225NG钛合金力学性能影响[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2003年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 刘佳涛;钛合金Ti6Al4V线性摩擦焊接数值模拟研究[D];西北工业大学;2007年
2 宫平;影响TC4钛合金电子束焊焊缝形状因素的研究[D];大连交通大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘义祥,吴敬梓;阴极充氢后堆焊熔合区裂纹萌生机理[J];兵器材料科学与工程;2001年02期
2 曹朝霞,刘书华,王德庆,高平;铝合金的搅拌摩擦焊工艺研究[J];兵器材料科学与工程;2002年06期
3 徐晋勇;唐万兴;许敏;杜丽;高原;徐重;;低碳钢等离子表面冶金Mo-Cr合金层的研究[J];兵器材料科学与工程;2006年02期
4 铁永亮;何照荣;;TA2的钨极氩弧焊单面焊双面成形焊接工艺研究[J];兵器材料科学与工程;2006年04期
5 吴玮;徐晓菱;徐元泽;;典型铜合金T3、B5、H96与35CrMnSi的摩擦焊接性研究[J];兵器材料科学与工程;2006年05期
6 王淑花;武万良;王树成;;低温下1Cr18Ni9Ti钢焊接接头的拉伸性能和断口形貌研究[J];兵器材料科学与工程;2007年01期
7 刘孝红;王毛球;董瀚;华文杰;徐存英;;传动轴用高强度马氏体钢的疲劳性能[J];兵器材料科学与工程;2009年05期
8 王淑花;徐家文;安秀娟;;1Cr18Ni9Ti钢中温拉伸性能研究[J];兵器材料科学与工程;2010年04期
9 罗扬;王雷;李珍;苏娜;田文怀;;两种添加剂对氨基磺酸盐电铸镍塑性的影响[J];兵器材料科学与工程;2010年06期
10 屈可朋;孔军利;魏建锋;赵永庆;;一种新型钛合金半固态锻造后的断裂行为研究[J];兵器材料科学与工程;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴志勇;李雪源;赵黎宁;杨文茂;;钛合金与铝合金及铝合金转化膜的电偶腐蚀研究[A];第九届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集[C];2012年
2 冯琴;;金属制品零部件延迟断裂研究[A];纪念《金属制品》创刊40周年暨2012年金属制品行业技术信息交流会论文集[C];2012年
3 姚骋;杨振国;袁建中;陈继芳;;凝汽器钛管外壁减薄的失效分析[A];2011年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2011年
4 何成;王磊;王富强;刘杨;;载荷速率对饱和氢水浴中GH690合金断裂韧性及断裂行为的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
5 王韶云;李国禄;王海斗;刘金海;徐滨士;朴钟宇;;不同载荷条件下NiCr-Cr_3C_2涂层的加速接触疲劳寿命[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
6 温国栋;马铁军;张勇;李文亚;郭鸿镇;;TC11线性摩擦焊接头焊后热处理初步研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
7 仲斌;马铁军;张勇;李文亚;杨思乾;陈斌;;TC11+TC17线性摩擦焊接头的组织特征[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
8 王英杰;张勇;温国栋;马铁军;高大路;;线性摩擦焊低熔点金属塑性流动过程中的热能传递研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
9 马铁军;汤化伟;李文亚;张勇;;线性摩擦焊过程的摩擦功率曲线研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
10 闫桂玲;王弘;高庆;;平均应力对50~#车轴钢超高周疲劳性能的影响[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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1 李瑞迪;金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D];华中科技大学;2010年
2 宫旭辉;高温环境下α+β钛合金的动态拉伸力学行为—测试、分析与表征[D];中国科学技术大学;2010年
3 吕伟;轧制态TC1和TC2钛合金板材的力学性能及变形与断裂机理的研究[D];沈阳工业大学;2010年
4 于松楠;5754铝镁合金微弧氧化膜的制备及其理化特性研究[D];吉林大学;2011年
5 黄俊;新型亚稳态β钛合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.5Fe循环变形机理及疲劳断裂性能研究[D];合肥工业大学;2011年
6 刘睿;钛合金动态断裂韧性测试方法及断裂行为的研究[D];北京有色金属研究总院;2010年
7 吴铭方;铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D];江苏大学;2011年
8 魏敏先;严酷工况下钢铁材料的氧化磨损及轻微—严重磨损转变[D];江苏大学;2011年
9 王丽君;桥梁钢热压缩变形动态再结晶行为的双尺度模拟[D];山东大学;2011年
10 张文超;复合半导体桥电爆特性及桥温变化的研究[D];南京理工大学;2011年
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1 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 张锦志;耐磨铝青铜集电靴组织性能研究及金属型模具设计[D];河南理工大学;2010年
3 郭世敬;不同参数下12Cr1MoV瞬时液相扩散连接接头组织与性能变化研究[D];河南理工大学;2010年
4 苏志俊;稀土元素对Ni60自熔性合金涂层组织和性能的影响[D];河南理工大学;2010年
5 吴琳;锻态TB6钛合金热变形行为研究及加工工艺参数优化[D];南昌航空大学;2010年
6 彭新元;热氢处理对钛合金组织和切削性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
7 邱伟;TB6钛合金的热变形组织演变规律研究[D];南昌航空大学;2010年
8 黄科辉;钛铝化合物的原位复合技术及其组织性能研究[D];南昌航空大学;2010年
9 张阿莉;等离子束表面冶金高硅涂层研究[D];山东科技大学;2010年
10 孟祥红;耐固体颗粒冲蚀Cr_3C_2-NiCr涂层的工艺选择及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王天生,廖波,杨柯,贺连龙,李依依;氢对亚临界固溶Ti_3Al基合金时效组织的影响[J];兵器材料科学与工程;1995年02期
2 韩忠,赵晖,陈晓风;钛合金焊接凝固结晶控制的研究[J];材料导报;2000年04期
3 陆盘金,王定华,薛志庠,吴崇周,赵亚利,吴明昌;Ti6A14V合金细化显微组织的氢处理研究[J];材料工程;1991年03期
4 阿·阿·依里因,阿·姆·马莫诺夫,朱荃芳;铸造钛合金的热氢处理[J];材料工程;1992年01期
5 张少卿;氢在钛合金热加工中的作用[J];材料工程;1992年02期
6 蔡伯成,刘培英,陶冶,张绍勇;Ti60合金高温连续氧化行为研究[J];材料工程;2000年08期
7 彭艳萍,曾凡昌,王俊杰,章怡宁,夏绍玉;国外航空钛合金的发展应用及其特点分析[J];材料工程;1997年10期
8 潘峰;张少卿;薛志庠;;氢处理对铸造钛合金低周疲劳寿命及断裂韧性的影响[J];金属科学与工艺;1990年01期
9 丁桦,路贵民,张彩碚,崔建忠,高建成;氢处理对Ti_3Al金属间化合物组织和性能的影响[J];材料科学与工艺;1998年04期
10 ;Mechanism of Burn Resistance of Alloy Ti40[J];Journal of Materials Science & Technology;2001年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王庆;线性摩擦焊接过程有限元热力耦合分析[D];西北工业大学;2001年
2 郭劲松;整体叶盘线性摩擦焊接过程动态仿真[D];西北工业大学;2003年
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1 王红英;李志军;陈斐明;;AZ31镁合金薄板的CO_2激光焊接接头性能[J];焊接;2006年02期
2 孙福;李京龙;张赋升;;陶瓷与金属焊接接头残余热应力研究[J];焊接;2006年11期
3 高禄;栗卓新;李国栋;李红;;铜-钢异种金属焊接的研究现状和进展[J];焊接;2006年12期
4 栗卓新;刘秀龙;李虹;李国栋;;高强钢焊材及焊接性的国内外研究进展[J];新技术新工艺;2007年05期
5 严铿;黎志云;付娟;;复合搅拌摩擦点焊接头的金属流动行为[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2008年02期
6 王伟;史清宇;李亭;李红克;;搅拌摩擦焊工艺参数窗口的建立与接头性能[J];焊接学报;2008年05期
7 束彪;国旭明;;双脉冲MIG焊对2195Al-Li合金焊缝组织及性能的影响[J];沈阳航空工业学院学报;2009年05期
8 赵其章;王磊;邹家生;;Ag-Cu-Ti急冷钎料钎焊Si_3N_4陶瓷接头界面结构及性能[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2009年06期
9 李家科;刘磊;刘意春;沈彬;于治水;胡文彬;;先进结构陶瓷与金属材料钎焊连接技术的研究进展[J];机械工程材料;2010年04期
10 李建军;刘光云;杜则裕;胡庆春;薛茜;;08MnNiVR大型储罐钢的自动埋弧焊接头性能[J];焊接学报;2011年05期
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1 栾国红;;飞机结构的搅拌摩擦焊[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
2 郭敬杰;张成杰;龙兴平;吴伦发;;海洋工程用2507型超级双相不锈钢药芯焊丝的研制[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年
3 骆瑞雪;李争显;;微电阻脉冲钎焊钛接头性能的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
4 陈树君;夏羽;于洋;卢振洋;;铝合金与不锈钢磁脉冲焊接初探[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
5 郑建生;李东伟;樊润君;;热浸锌层对钢结构焊接性能的影响分析[A];陕西省焊接学术会议论文集[C];2008年
6 史耀武;雷永平;夏志东;;异种材料的连接现状与发展[A];第二届中国北方焊接学术会议论文集[C];2001年
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8 刘小文;杨宁宁;穆耀钊;;异种金属搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能[A];第十一次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2005年
9 赵莉萍;杨慧;赵勇桃;;TC4钛合金的焊接实验研究[A];第二届全国背散射电子衍射(EBSD)技术及其应用学术会议暨第六届全国材料科学与图像科技学术会议论文集[C];2007年
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1 哈尔滨焊接研究所 林尚扬;焊接:从大国迈入强国[N];科技日报;2002年
2 特约记者 肖云;管道局今年首批科研项目计划下达研究院[N];石油管道报;2007年
3 记者 胡晓梅;廊坊钢筋连接技术设备成功应用于央视新台址[N];河北经济日报;2007年
4 龚娅;光缆如铜缆一样方便[N];中国计算机报;2002年
5 康宁光缆系统;千兆以太网 步伐超越你的想像[N];中国计算机报;2002年
6 管道局科技部经理 李彦民;持续推进科技进步 提高国际竞争力[N];石油管道报;2007年
7 Avaya Labs;LC与小型光连接器件(上)[N];计算机世界;2003年
8 刘志中 宣永祥;吕文琪的四季歌[N];中华建筑报;2005年
9 ;MT-RJ接头可以胜任千兆传输[N];计算机世界;2002年
10 沈福元;国内生产出机械工程用超高强度钢[N];世界金属导报;2006年
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1 王建宏;Ti6Al4V选区激光熔化及其与Ti-C-Al体系燃烧合成焊接基础研究[D];中北大学;2012年
2 杨秀芝;低合金高强钢双丝焊热过程数值模拟及接头组织转变行为研究[D];华中科技大学;2010年
3 高松福;提高钢轨铝热焊接头性能研究[D];中国铁道科学研究院;2010年
4 张华;TiC_x-Cu(Al)金属陶瓷及Ti_3AlC_2陶瓷的电弧焊接[D];北京交通大学;2008年
5 谢凤春;石墨与铜的钎焊机理及新型低温活性钎料的制备[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 魏晶慧;Fe36Ni合金与SiC/Al复合材料超声波钎焊的界面结构形成机理及接头性能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 孙元;Au-Ni-V基高温活性钎料连接氮化硅陶瓷的工艺与机理研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 张伟华;铝合金/高强钢异种金属电阻点焊研究[D];吉林大学;2011年
9 胡志力;2024铝合金搅拌摩擦焊管材塑性变形行为研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
10 宋敏霞;异种材料Ti-6Al-4V/ZQSn10-10扩散连接研究[D];吉林大学;2007年
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1 刘敦敦;基于低强匹配理论的铝合金搅拌摩擦焊接头强化技术的研究[D];北京交通大学;2012年
2 葛敬鲁;钛合金电子束焊接接头的性能研究[D];沈阳大学;2011年
3 俞旷;铝锂合金电子束焊接工艺及其接头组织与性能[D];南京航空航天大学;2012年
4 李红芝;超薄超纯铁素体不锈钢激光焊接头组织和性能的研究[D];太原理工大学;2012年
5 聂波;喷射成形7055铝合金焊接性及焊接工艺研究[D];江苏科技大学;2011年
6 王皓;焊后热处理对LDX2101不锈钢接头组织和综合性能的影响[D];太原理工大学;2013年
7 杨旭东;粉末成分对铝/钢异种金属激光填粉焊接质量的影响[D];长春理工大学;2014年
8 崔佃忠;铝/钢异种金属CMT熔—钎焊工艺及接头特性研究[D];江苏科技大学;2013年
9 郑立娟;大型LNG储罐用9Ni钢焊接工艺与机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 叶晓凤;置氢TC4与GH3128低温扩散连接工艺及机理研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
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