TC4钛合金厚板电子束接头显微组织和力学性能的研究

摘要

本文采用真空电子束对20mm厚TC4钛合金板材进行无扫描、扫描和局部热处理三种方式的对接焊接，其中扫描波形包括椭圆波、圆形波、三角波、锯齿波等，局部热处理的电子束为表面焦点和上焦点。采用光镜对焊缝显微组织转变规律、熔深方向上的晶粒梯度进行分析，并研究了不同工艺参数对组织的影响；通过分层硬度试验和拉伸试验对接头力学性能进行了分析，通过扫描电镜对拉伸断口进行研究。研究结果表明：
　　采用无扫描焊接，焊接速度为720mm/min时，焊缝晶粒尺寸随着熔深的增大而减小；晶粒梯度随着束流的增大而减小，电子束流为105mA时，晶粒梯度最小。电子束流从95mA增大至105mA时，焊缝上部的α和晶间α相以及α板条束大于中部和下部，且随着束流的增大，晶间α相变宽、α板条束变粗大；束流减小至85mA，焊缝下部没有晶间α相和α板条束产生。
　　无扫描焊接接头的硬度曲线呈“M”形分布，焊缝硬度要高于固溶态母材。电子束流为105mA时，硬度最高且较均匀；电子束流减小至85mA时，硬度梯度变大。电子束流为95mA时的强度达到最高为1265MPa，高于母材；接头下部和中部的强度要高于上部。固溶态母材为韧性断裂，而无扫描焊接头为韧性断裂和准解理断裂的混合断裂方式。
　　采用扫描焊接，扫描函数为圆形波时，焊缝晶粒梯度最小，有效地改善了晶粒梯度。扫描焊接的焊缝组织与无扫描焊接没有明显的区别。扫描焊缝的硬度高于铸态母材。不同扫描波形下的焊缝硬度在343~353HV之间变化，添加扫描波形使得焊缝硬度变得更加均匀。扫描焊接接头的强度均高于铸态母材。圆形波的强度梯度最大，锯齿波的强度梯度最小。铸态母材为脆性断裂，而扫描焊接头为解理断裂和韧性断裂的混合断裂方式。
　　采用局部热处理方式焊接，电子束为表面聚焦时，焊缝上部和中部的组织较大，随着散焦程度的增大，中部组织变得细小，焊缝下部分布着细小的针状α相。采用表面焦点时的焊缝平均硬度为349HV，采用上焦点时的焊缝上部硬度在344HV~353HV之间变化，与常规焊缝(母材为铸态)的硬度差别很小。局部热处理后接头抗拉强度均高于铸态母材，表面焦点对接头的强度影响较小，随着散焦程度的增大，上部由1038MPa减小到984MPa，中部由1078MPa减小到1000MPa，接头下部受局部热处理的影响较小。局部热处理的接头为韧脆混合断裂方式。

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第1章 绪论

1.1 选题的依据、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 电子束局部热处理研究现状

1.4 研究的主要内容

第2章 试验条件及方法

2.1 试验材料和设备

2.2 试验方法

第3章 电子束无扫描接头组织及力学性能

3.1 接头宏观成形规律

3.2 不同工艺参数下的焊缝显微组织转变规律

3.3 无扫描电子束焊接接头分层力学性能研究

3.4 接头断口扫描分析

3.5 本章小结

第4章 电子束扫描焊接的研究

4.1 接头宏观成形规律

4.2 不同扫描波形下的焊缝组织转变

4.3扫描焊接接头分层力学性能研究

4.4 接头断口扫描分析

4.5 本章小结

第5章 电子束局部热处理的研究

5.1 接头宏观成形规律

5.2 焊缝显微组织转变的研究

5.3 局部热处理接头分层力学性能研究

5.4 接头断口扫描分析

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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