輕量化結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)代航空領(lǐng)域的主要研究方向之一,目前使用擴(kuò)散連接/超塑成形組合工藝在減輕結(jié)構(gòu)重量方面運(yùn)用較為廣泛,但存在一些問(wèn)題,而LBW/SPF技術(shù)有望代替SPF/DB技術(shù)解決相關(guān)的問(wèn)題,研究發(fā)現(xiàn)鈦合金激光焊接頭在超塑性變形后都存在嚴(yán)重的變形不均勻性現(xiàn)象,嚴(yán)重影響構(gòu)件成形后的組織和力學(xué)性能,從而限制了LBW/SPF技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用。因此,本文通過(guò)對(duì)TC4鈦合金激光焊接頭進(jìn)行氫熱處理和高溫變形試驗(yàn),探索氫熱處理對(duì)TC4鈦合金激光焊接頭超塑性變形均勻性的影響,研究結(jié)果表明:氫熱處理能夠提高接頭的組織均勻性,隨著氫含量和淬火溫度的增加,接頭焊縫與母材組織差距減小,全部轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧罱M織,接頭組織均勻性增加,且氫熱處理能夠降低接頭各區(qū)域的顯微硬度差值,提高接頭力學(xué)均勻性,接頭顯微硬度隨著氫含量的增加和淬火溫度的降低而降低。在氫含量0.16wt%時(shí),淬火溫度從T_P-40℃上升到T_P+40℃,接頭母材與焊縫的顯微硬度差值由22HV下降至12HV,達(dá)到最小值,接頭組織均勻性增加。氫熱處理能夠提高鈦合金激光焊接頭超塑性變形性能,淬火溫度的升高使得接頭峰值流變應(yīng)力增大,變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低促使峰值流變應(yīng)力降低;接頭峰值流變應(yīng)力在5.38MPa~52.24MPa之間變化,在氫含量為0.16wt%,淬火溫度880℃,變形工藝920℃、10~(-4)s~(-1)的條件下達(dá)到最小值5.38MPa,接頭延伸率在123.25%~563.60%之間變化,且隨著氫含量的增加,接頭的延伸率先增大后降低,在氫含量0.05wt%,淬火溫度900℃,變形工藝880℃、10~(-4)s~(-1)的條件下達(dá)到最大值563.60%。氫熱處理能夠調(diào)節(jié)接頭組織結(jié)構(gòu),改善接頭變形均勻性,不同氫含量的接頭淬火后在兩相區(qū)內(nèi)變形,接頭母材與焊縫組織都由針狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍡l狀組織,在接頭變形過(guò)程中經(jīng)擠壓、斷裂最后向等軸組織轉(zhuǎn)變;在β單相區(qū)內(nèi)變形時(shí),母材與焊縫組織都轉(zhuǎn)變?yōu)榇缶Я＆孪?內(nèi)部為針狀組織,隨淬火溫度和變形溫度的升高,接頭組織中β相晶粒發(fā)生長(zhǎng)大,針狀組織的含量增加,接頭整體組織均勻性增加。采用接頭超塑性變形后焊縫與母材截面收縮率之比K來(lái)表征接頭變形后的均勻性,隨著氫含量的增加,接頭變形均勻性先增大后減小,隨著淬火溫度越高,接頭變形均勻性越大,因此在置氫量0.16wt%,960℃淬火,變形工藝920℃、10~(-4)s~(-1)的條件下達(dá)到最大值,此時(shí)接頭變形均勻性系數(shù)K為0.989。
【學(xué)位單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG456.7
【部分圖文】：

圖 1-1 不同變形量下焊縫的顯微組織（a）變形量 43% （b）變形量 143% （c）變形量 229% （d）變形量 397%張功磊[25]采用激光焊接與超塑成形組合的方式研究0.8mm和1.0mm厚的 T合金對(duì)接接頭的超塑性性能，通過(guò)單向拉伸和脹形試驗(yàn)進(jìn)行研究，結(jié)果表明C4 鈦合金激光焊接頭具有良好的超塑性變形能力，接頭的延伸率可達(dá) 167%，的高度能夠達(dá)到模具半徑的 9 倍，且延伸率的長(zhǎng)度隨著應(yīng)變速率的減小而增較快的速度下焊接表現(xiàn)為脹形越高。接頭變形組織由網(wǎng)籃狀向等軸組織轉(zhuǎn)變接頭脹形件如圖 1-2 所示。

圖 1-1 不同變形量下焊縫的顯微組織）變形量 43% （b）變形量 143% （c）變形量 229% （d）變形量[25]采用激光焊接與超塑成形組合的方式研究0.8mm和1.0m接頭的超塑性性能，通過(guò)單向拉伸和脹形試驗(yàn)進(jìn)行研究，激光焊接頭具有良好的超塑性變形能力，接頭的延伸率可夠達(dá)到模具半徑的 9 倍，且延伸率的長(zhǎng)度隨著應(yīng)變速率的度下焊接表現(xiàn)為脹形越高。接頭變形組織由網(wǎng)籃狀向等軸件如圖 1-2 所示。

（a）焊縫 （b）母材圖 1-3 超塑成形后焊縫和母材的微觀組織陳丹[32]采用高溫拉伸試驗(yàn)對(duì) LF21 鋁合金的攪拌摩擦焊接頭進(jìn)行研究，結(jié)果表明，接頭超塑性變形應(yīng)變速率敏感性指數(shù)在工藝為 1500rpm，35.5mm/min，2000N的條件下較小，接頭延伸率在變形溫度為 450℃、夾頭速度 0.6mm/min 的條件下達(dá)到 91%。且在臨界值以下，初始應(yīng)變速率降低或溫度的升高將導(dǎo)致延伸率增加。Hanadi Salem[33]針對(duì) 2095 鋁合金攪拌摩擦焊接頭的超塑性變形行為進(jìn)行研究，并利用金相顯微鏡與透射電子顯微鏡對(duì)接頭組織進(jìn)行分析，結(jié)果表明接頭具有良好的超塑性性能，接近于母材，表明攪拌摩擦焊/超塑成形工藝的可行性。竇小麗[34]采用單向拉伸試驗(yàn)研究了 5083 鋁合金超塑性變形力學(xué)行為，研究表明在變形溫度為 525℃時(shí)呈現(xiàn)出最好的超塑性變形能力，此時(shí)對(duì)應(yīng)的最佳應(yīng)變速率為 2×10-4s-1，應(yīng)變敏感性指數(shù) m=0.519。并采用 MARC 軟件分析 5083 鋁合金攪拌摩擦焊/超塑成形的演變過(guò)程進(jìn)行模擬，得到了在最大應(yīng)變速率不變的條件下的優(yōu)
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃珊珊;邱兆文;;車用TC15鈦合金激光焊接接頭顯微組織及力學(xué)性能研究[J];稀有金屬與硬質(zhì)合金;2017年05期

2 侯繼軍;董俊慧;張啟良;;TC4鈦合金激光焊接頭顯微組織及斷口分析[J];熱加工工藝;2016年03期

3 程?hào)|海;范朝;王明;陳益平;;TC4鈦合金激光焊接接頭橫向超塑變形數(shù)值模擬研究[J];熱加工工藝;2015年17期

4 付明杰;李曉華;韓秀全;高志勇;李繼忠;;基于攪拌摩擦焊的TC4鈦合金超塑成形性能研究[J];航空制造技術(shù);2015年17期

5 郭偉;李瑞婷;朱穎;劉欽;曲平;康慧;;Ti-6Al-4V鈦合金激光焊接的超塑性與組織研究(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2013年S2期

6 張華;程?hào)|海;黃繼華;趙興科;陳樹海;;TC4鈦合金激光焊接/超塑成形組合工藝研究[J];材料科學(xué)與工藝;2013年04期

7 程?hào)|海;黃繼華;陳益平;胡德安;;激光焊接頭超塑變形組織表征[J];焊接學(xué)報(bào);2012年07期

8 薛曉波;陳明和;;基于SPF/DB工藝的某翼類構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[J];南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2012年S1期

9 程?hào)|海;陳益平;胡德安;魏強(qiáng);;TC4鈦合金激光焊對(duì)接接頭超塑變形顯微組織[J];焊接學(xué)報(bào);2011年09期

10 韓坤;侯紅亮;王耀奇;;氫對(duì)Ti-6Al-4V合金組織及超塑變形行為的影響[J];塑性工程學(xué)報(bào);2010年03期

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1 王克環(huán);TA15鈦合金激光焊接管材熱氣脹變形行為與微觀機(jī)理[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 劉鵬濤;氫對(duì)TC4鈦合金焊接接頭組織與性能影響的研究[D];大連交通大學(xué);2012年

3 盧俊強(qiáng);原位自生鈦基復(fù)合材料的熱氫處理研究[D];上海交通大學(xué);2010年

4 宗影影;鈦合金置氫增塑機(jī)理及其高溫變形規(guī)律研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

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3 范朝;置氫鈦合金激光焊/超塑性整體成形關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

4 朱深亮;熱處理對(duì)TC21合金超塑性變形后顯微組織的影響[D];南昌航空大學(xué);2015年

5 凌志偉;TC21合金的超塑行為及形變熱處理后的組織特征[D];南昌航空大學(xué);2013年

6 張功磊;Ti-6Al-4V激光焊對(duì)接板超塑成形性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 竇小麗;鋁合金三層板結(jié)構(gòu)攪拌摩擦焊/超塑成形的數(shù)值模擬及工藝研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

8 陳丹;鋁合金攪拌摩擦焊接工藝及超塑性行為研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2891995