【摘 要】
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TC4钛合金具有耐蚀性强、比强度高、韧性好以及疲劳强度高和可焊性良好等特点,综合性能优良,在航天、汽车等行业已经得到了广泛应用。当前现代工业设备趋于高性能、大型化、一体化,钛合金厚板焊接需求量日益增大。由于在厚板材焊接接头的不同位置容易出现性能差异,故针对厚板TC4钛合金焊接接头不同位置的疲劳性能开展相关研究工作,对于厚板TC4钛合金焊接构件的安全使用具有一定的指导意义和参考价值。本文以厚板TC4
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TC4钛合金具有耐蚀性强、比强度高、韧性好以及疲劳强度高和可焊性良好等特点,综合性能优良,在航天、汽车等行业已经得到了广泛应用。当前现代工业设备趋于高性能、大型化、一体化,钛合金厚板焊接需求量日益增大。由于在厚板材焊接接头的不同位置容易出现性能差异,故针对厚板TC4钛合金焊接接头不同位置的疲劳性能开展相关研究工作,对于厚板TC4钛合金焊接构件的安全使用具有一定的指导意义和参考价值。本文以厚板TC4钛合金磁控窄间隙TIG焊接接头为研究对象,对焊接接头在垂直板厚方向的上、中、下三层位置的样品分别进行了室温高周疲劳(HCF)实验,对比研究了三层钛合金焊接接头样品的高周疲劳性能差异,确定了三层TC4钛合金焊接接头的疲劳寿命表达式。此外,通过进行微观组织结构分析以及疲劳断口形貌表征,探讨了三层钛合金焊接接头在室温高周疲劳加载条件下的变形与断裂微观机制。室温高周疲劳实验结果表明,在相同的最大循环应力下,第一层TC4钛合金焊接接头的疲劳寿命最高,第三层的次之,而第二层的相对最低。第一层、第二层和第三层TC4钛合金焊接接头的疲劳极限依次为420 MPa、390 MPa和400 MPa,即第一层焊接接头呈现出最高的疲劳极限,而第二层焊接接头的疲劳极限最低。疲劳断口形貌的观察与分析结果表明,第一层TC4钛合金焊接接头的疲劳裂纹萌生于样品表面,而第二层及第三层TC4钛合金焊接接头的疲劳裂纹萌生于样品表面及焊接缺陷处。此外,所有三层TC4钛合金焊接接头的疲劳裂纹均以穿晶方式扩展。透射电镜观察结果表明,第一层TC4钛合金焊接接头的位错组态以位错网格和位错阵列为主,第二层焊接接头的位错组态主要为位错缠结,第三层焊接接头的位错组态主要为位错网格及位错缠结。对于三层TC4钛合金焊接接头而言,其室温高周疲劳变形机制主要为平面滑移。电子背散射衍射(EBSD)分析结果表明,第一层TC4钛合金接头组织的α相中,小角度晶界的占比最大,而第二层TC4钛合金接头组织的α相中,大角度晶界所占比例最大。三层焊接接头疲劳变形区的应变主要集中在α/β相界及其邻近区域。
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