氢热处理对钛合金激光焊接头超塑性变形均匀性的影响

发布时间：2020-11-20 21:07

　　 轻量化结构已成为现代航空领域的主要研究方向之一,目前使用扩散连接/超塑成形组合工艺在减轻结构重量方面运用较为广泛,但存在一些问题,而LBW/SPF技术有望代替SPF/DB技术解决相关的问题,研究发现钛合金激光焊接头在超塑性变形后都存在严重的变形不均匀性现象,严重影响构件成形后的组织和力学性能,从而限制了LBW/SPF技术的实际运用。因此,本文通过对TC4钛合金激光焊接头进行氢热处理和高温变形试验,探索氢热处理对TC4钛合金激光焊接头超塑性变形均匀性的影响,研究结果表明:氢热处理能够提高接头的组织均匀性,随着氢含量和淬火温度的增加,接头焊缝与母材组织差距减小,全部转变为针状组织,接头组织均匀性增加,且氢热处理能够降低接头各区域的显微硬度差值,提高接头力学均匀性,接头显微硬度随着氢含量的增加和淬火温度的降低而降低。在氢含量0.16wt%时,淬火温度从T_P-40℃上升到T_P+40℃,接头母材与焊缝的显微硬度差值由22HV下降至12HV,达到最小值,接头组织均匀性增加。氢热处理能够提高钛合金激光焊接头超塑性变形性能,淬火温度的升高使得接头峰值流变应力增大,变形温度的升高和应变速率的降低促使峰值流变应力降低;接头峰值流变应力在5.38MPa~52.24MPa之间变化,在氢含量为0.16wt%,淬火温度880℃,变形工艺920℃、10~(-4)s~(-1)的条件下达到最小值5.38MPa,接头延伸率在123.25%~563.60%之间变化,且随着氢含量的增加,接头的延伸率先增大后降低,在氢含量0.05wt%,淬火温度900℃,变形工艺880℃、10~(-4)s~(-1)的条件下达到最大值563.60%。氢热处理能够调节接头组织结构,改善接头变形均匀性,不同氢含量的接头淬火后在两相区内变形,接头母材与焊缝组织都由针状组织转变为板条状组织,在接头变形过程中经挤压、断裂最后向等轴组织转变;在β单相区内变形时,母材与焊缝组织都转变为大晶粒β相,内部为针状组织,随淬火温度和变形温度的升高,接头组织中β相晶粒发生长大,针状组织的含量增加,接头整体组织均匀性增加。采用接头超塑性变形后焊缝与母材截面收缩率之比K来表征接头变形后的均匀性,随着氢含量的增加,接头变形均匀性先增大后减小,随着淬火温度越高,接头变形均匀性越大,因此在置氢量0.16wt%,960℃淬火,变形工艺920℃、10~(-4)s~(-1)的条件下达到最大值,此时接头变形均匀性系数K为0.989。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG456.7
【部分图文】：

图 1-1 不同变形量下焊缝的显微组织（a）变形量 43% （b）变形量 143% （c）变形量 229% （d）变形量 397%张功磊[25]采用激光焊接与超塑成形组合的方式研究0.8mm和1.0mm厚的 T合金对接接头的超塑性性能，通过单向拉伸和胀形试验进行研究，结果表明C4 钛合金激光焊接头具有良好的超塑性变形能力，接头的延伸率可达 167%，的高度能够达到模具半径的 9 倍，且延伸率的长度随着应变速率的减小而增较快的速度下焊接表现为胀形越高。接头变形组织由网篮状向等轴组织转变接头胀形件如图 1-2 所示。

图 1-1 不同变形量下焊缝的显微组织）变形量 43% （b）变形量 143% （c）变形量 229% （d）变形量[25]采用激光焊接与超塑成形组合的方式研究0.8mm和1.0m接头的超塑性性能，通过单向拉伸和胀形试验进行研究，激光焊接头具有良好的超塑性变形能力，接头的延伸率可够达到模具半径的 9 倍，且延伸率的长度随着应变速率的度下焊接表现为胀形越高。接头变形组织由网篮状向等轴件如图 1-2 所示。

（a）焊缝 （b）母材图 1-3 超塑成形后焊缝和母材的微观组织陈丹[32]采用高温拉伸试验对 LF21 铝合金的搅拌摩擦焊接头进行研究，结果表明，接头超塑性变形应变速率敏感性指数在工艺为 1500rpm，35.5mm/min，2000N的条件下较小，接头延伸率在变形温度为 450℃、夹头速度 0.6mm/min 的条件下达到 91%。且在临界值以下，初始应变速率降低或温度的升高将导致延伸率增加。Hanadi Salem[33]针对 2095 铝合金搅拌摩擦焊接头的超塑性变形行为进行研究，并利用金相显微镜与透射电子显微镜对接头组织进行分析，结果表明接头具有良好的超塑性性能，接近于母材，表明搅拌摩擦焊/超塑成形工艺的可行性。窦小丽[34]采用单向拉伸试验研究了 5083 铝合金超塑性变形力学行为，研究表明在变形温度为 525℃时呈现出最好的超塑性变形能力，此时对应的最佳应变速率为 2×10-4s-1，应变敏感性指数 m=0.519。并采用 MARC 软件分析 5083 铝合金搅拌摩擦焊/超塑成形的演变过程进行模拟，得到了在最大应变速率不变的条件下的优
【参考文献】

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本文编号：2891995