本文選題：TA15鈦合金　切入點(diǎn)：激光焊接　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：TA15鈦合金是一種國(guó)產(chǎn)牌號(hào)近α鈦合金,名義成分為Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V,它不僅具有高的比強(qiáng)度、耐腐蝕性、中等的高溫強(qiáng)度,而且具有良好的焊接性能及機(jī)加工性能,結(jié)構(gòu)效益十分顯著,因此在我國(guó)航空航天及船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近些年來(lái),為了進(jìn)一步提高飛機(jī)、火箭、船舶等的綜合使用性能,鈦合金管材在液壓管路系統(tǒng)中得到越來(lái)越多的關(guān)注。然而目前使用的多數(shù)鈦合金管材制品多為純鈦或者低強(qiáng)度鈦合金管件,中高強(qiáng)鈦合金管件的成形依然是一個(gè)難題,尤其是焊接管材,焊縫對(duì)管材熱氣脹成形性能的影響機(jī)制依然不是很清晰。因此為了給中高強(qiáng)鈦合金焊接管件成形提供理論指導(dǎo),本文對(duì)TA15鈦合金激光焊接管材的熱氣脹變形行為及微觀機(jī)理開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。首先在溫度范圍650℃～800℃、應(yīng)變速率范圍0.001 S-1~0.1 S-1條件下分別對(duì)原始材料和再結(jié)晶退火后材料進(jìn)行了熱拉伸測(cè)試,并對(duì)兩種狀態(tài)的材料在不同變形條件下的組織演化機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析。結(jié)果表明:當(dāng)再結(jié)晶退火后TA15鈦合金在動(dòng)態(tài)回復(fù)(DRV)條件下變形時(shí),材料流動(dòng)應(yīng)力在達(dá)到峰值應(yīng)力之后維持近似恒定。變形過(guò)程中,主要涉及晶粒的旋轉(zhuǎn)、變形及位錯(cuò)的相互作用。當(dāng)再結(jié)晶退火后TA15鈦合金處于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DRX)條件下變形時(shí),材料流動(dòng)應(yīng)力在達(dá)到峰值應(yīng)力之后迅速下降,并逐漸趨于恒定,材料的再結(jié)晶機(jī)制主要為非連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(DDRX),即傳統(tǒng)的形核長(zhǎng)大機(jī)制。原始材料在800℃、0.001 S-1條件下變形時(shí),主要變形機(jī)理為DRX推動(dòng)下的晶界滑移機(jī)制(GBS),該機(jī)制有利于提升材料的變形能力。為了探究TA15鈦合金激光焊接接頭的熱變形行為及機(jī)制,對(duì)焊接接頭進(jìn)行了高溫拉伸測(cè)試、組織演變分析及熱處理工藝研究。結(jié)果表明,焊縫的強(qiáng)度高于母材,橫向焊縫試樣高溫變形時(shí),試樣整體可以承受大變形而保持接頭不破裂,但是焊接接頭變形量要小于母材,均勻性較差;縱向焊縫在溫度較高、應(yīng)變速率較低時(shí)具有良好的變形能力,當(dāng)應(yīng)變速率為0.001 S-1時(shí),焊縫的延伸率在800℃～900℃溫度范圍內(nèi)均超過(guò)100%;焊縫在高溫變形時(shí)的主要機(jī)理為片層球化。變形初期在動(dòng)態(tài)回復(fù)的作用下片層內(nèi)部形成亞晶,亞晶在連續(xù)再結(jié)晶的作用下逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小再結(jié)晶晶粒;變形中后期隨著等軸晶粒數(shù)量的增加連續(xù)再結(jié)晶作用逐漸減弱,非連續(xù)再結(jié)晶作用逐漸增強(qiáng);同時(shí)整個(gè)過(guò)程中應(yīng)變誘發(fā)的α→β的轉(zhuǎn)變也促進(jìn)了球化的完成。熱處理工藝研究表明:950℃雙重退火后母材內(nèi)部析出次生α相,提高了母材強(qiáng)度,從而降低母材和焊縫的強(qiáng)度差異。基于母材和焊縫的熱變形行為及機(jī)理的研究結(jié)果,開(kāi)展了TA15鈦合金激光焊管的自由脹形實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:在800℃、10 MPa恒定壓力下脹形時(shí),TA15鈦合金焊管具有良好的脹形性能,脹破時(shí)中間最大截面的脹形量達(dá)到73.9%。脹形過(guò)程中焊縫變形量較小,對(duì)焊管的脹形存在一定的約束作用,但是在塑性失穩(wěn)發(fā)生之前,仍然可以獲得一個(gè)相對(duì)均勻的變形過(guò)程。在脹形初期,焊縫附近的母材具有較大的等效應(yīng)力值,焊縫附近母材發(fā)生減薄;隨著脹形量的增加,焊縫對(duì)面180°母材處的等效應(yīng)力值增加速度較快,在變形后期焊縫對(duì)面180°母材處減薄相對(duì)嚴(yán)重。破裂多發(fā)生在焊縫附近母材處或者焊縫對(duì)面180°母材處。脹形過(guò)程中溫度、脹形壓力和初始組織狀態(tài)都對(duì)TA15鈦合金激光焊管脹形性能有很大的影響,脹形壓力較低和溫度較高時(shí),焊管脹形性能較好;相同條件下,原始管材脹形性能最好,原始管材初始組織內(nèi)部位錯(cuò)密度很高,脹形初期發(fā)生了大量的DRX,DRX對(duì)晶粒的細(xì)化提升了管材脹形能力,其變形機(jī)理主要為DRX推動(dòng)下的GBS。再結(jié)晶退火后管材脹形過(guò)程中主要發(fā)生晶粒變形和DRX,脹形中后期由于材料內(nèi)部位錯(cuò)密度升高,材料變形應(yīng)變速率增大,均勻變形能力下降,引起局部頸縮和破裂,脹形能力最差。對(duì)于雙重退火后管材,脹形時(shí)焊縫中片層α發(fā)生了部分球化;母材在脹形過(guò)程中,次生α先發(fā)生球化變形,初生α發(fā)生晶粒變形和DRX,變形結(jié)束后材料內(nèi)部位錯(cuò)密度較高,晶粒得到顯著細(xì)化。雙重退火后焊縫和母材的變形協(xié)調(diào)性得到一定的提升,和原始管材相比,當(dāng)焊縫脹形高度均為8 mm時(shí),雙重退火后焊縫和母材的脹形高度差異下降了24.6%。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG456.6

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6 吳詩(shī)`，

本文編號(hào)：1709538