TC17钛合金线性摩擦焊接头微观组织与力学性能研究
发布时间：2021-11-19 04:07
整体叶盘作为一种新型的航空发动机结构,对提高发动机安全性、可靠性和工作寿命以及提高航空发动机推重比具有重要推动作用,已经在GE、普惠、罗罗等先进航空发动机制造企业生产的军用、民用航空发动机中取得了广泛的应用。而线性摩擦焊作为一种优质的焊接方法,在整体叶盘加工制造以及损伤叶片修复方面具有独特的技术优势,已成为一种主要的整体叶盘加工、修复制造方法。本文基于航空发动机整体叶盘制造需求,对TC17钛合金进行了线性摩擦焊接,研究了焊接工艺过程对接头成形、微区组织特征及焊后热处理对接头组织性能的影响规律,获得了高强度的线性摩擦焊接头,为我国航空发动机的设计制造提供了技术保障。研究了线性摩擦焊接过程参量的变化趋势以及工进速度对试件宏观成形的影响规律,发现只有合理匹配焊接热输入和焊接工进速度之间的关系,才能避免裂纹、未焊合、孔洞以及瘤状氧化物等焊接缺陷的出现,从而保证接头的焊接质量。运用电子探针和电子背散射衍射方法研究了 TC17钛合金线性摩擦焊接头的微区组织特征,发现焊缝区是由不完全动态再结晶形成的等轴组织和经过剧烈变形而残留的变形β晶粒组成的混合组织,晶粒取向分布混乱,热机影响区基本不发生动态再结...
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４线性摩擦焊近净成形技术??
?机械科学研究总院硕士学位论文???铝合金线性摩擦焊接工艺研究，发现ＡＡ６０８２－Ｔ６铝合金的工艺窗口很窄，由于铝??合金具有极高的导热性，必须使用大的频率值以便为焊缝提供适当的热量，并且??必须匹配合适的工艺参数，不然会出现未焊合、接头坍塌等情况；由于在焊接过??程中使用的ＡＡ６０８２－Ｔ６合金中的沉淀物溶解，显微硬度在焊接区域中降低。耿培??浩［？１也进行了镍基高温合金的线性摩擦焊接试验及热力耦合数值模拟的研究，如??图１－９所示，建立了塑性体／塑性体摩擦副的数学模型，分析线性摩擦焊接过程中??热力耦合机理；国外学者还进行了?ＡＡ２０２４铝合金与纯铜的线性摩擦焊接头界??面微观结构的深入研究，如图１－１０所示，发现由于在材料流动过程中存在－些涡??流的旋涡，导致界面出现层状结构；还发现界面存在由ＡｈＣｕ、ＡｌＣｕ、Ａｌ２Ｃｕ３、??Ａｌ４Ｃｕ９以及亚稳态的Ａ１３Ｃｕ２等组成的不连续的金属间化合物层，由于这些金属间??化合物的存在导致在界面处发生脆性断裂，需要进一步改进焊接工艺来提高接头??性能。??Ｔｈ？ｒｍｏｃｏｕｐＩＴＩｉｏｉｒ￣Ｂ＾Ｂｐ＾ｌ?ｉ?：?：??ｗｎ??ＳＳＨｔ＾ＯＭＰｔ－ｌＯＪＢｋＷ／ｍｍ１?４５Ｈｘ－３０ＭＰ？－?ｌＳｋＷ／ｍｍ１?■?＼｜?■?＼?ｗ?｜／??３６Ｈｚ?６０ＭＰａ－?ｌ８．９３ｋＷ／ｍｍ，?５８Ｈｓ－６０ＭＰａ－３０．４２ｋＷ／ｍｍ２??（ａ）焊接接头宏观形貌?（ｂ＞接头显微硬度??图丨－８铝合金线性摩擦焊??■?Ｉ?Ｖ??阁１－９高温合金线性摩擦焊??１０??
?机械科学研宂总院硕士学位论文???（ａ）接头宏观形貌?（ｂ）界面ＩＭＣ层??图１－１０铝－铜异种金属线性摩擦焊??１．３．１钛合金线性摩擦焊接工艺研究现状??邢丽等［３５１通过对ＴＣ４钛合金进行线性摩擦焊试验研宄，发现通过调整焊接工??艺参数可以得到“Ｘ”型、型和“Ｖ”型三种焊缝宏观形貌，如图１－１１所示，分析??发现焊接压力是焊缝形貌的主要影响因素，其次是频率和振幅，在保证热输入适??量的情况下应采用较大的摩擦压力可以获得成形良好的接头。??１１１??图丨－丨丨接头宏观形貌??西北工业大学马铁军等［３６１等研究发现线性摩撩焊接过程中飞边主要由丁－焊??接界面处的热塑性金属层在垂直－ｒ界面的轴向压应力和平行ｔ振动方向的剪切应??力共同作用下以“脉动”的方式被挤出而形成，飞边形成过程如图１－１２所示；还发??现线性摩擦焊过程中试件变形量随摩擦时间的增加近似呈指数关系增大ｉｗ。??温国栋等［３＊１研究发现在－定焊接条件下ＴＣ４线性摩擦焊接头屮存在旋涡状??和连续带状分布的氧化物，以及？碑未焊合的孔洞，氧化物成分丨：耍山ＴｉＣｈ和??ＡｈＣｂ组成。而姬书得等基于ＤＥＦＯＲＭ软件对ＴＣ４钛合金线性摩擦焊接过程??中的材料流动行为进行了数值模拟，发现焊接过程中摩擦界面边缘附近塑性金厲??的流动速度要大？中心区域的流动速度，塑性金属的流动速度随界面温度的降低??ＩＩ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]TA19双态组织钛合金线性摩擦焊接头的组织结构及演化行为[J]. 陶博浩,李菊,张彦华. 材料导报. 2020(14)
[2]钛合金线性摩擦焊接头动态再结晶规律研究[J]. 李晓红,张彦华,张田仓,季亚娟,李赞. 塑性工程学报. 2020(02)
[3]TC17（α+β）/TC17（β）钛合金线性摩擦焊接头相组成及织构分析[J]. 李晓红,张彦华,李赞,张田仓. 焊接学报. 2020(01)
[4]不同摩擦压力下TB2线性摩擦焊过程参量的变化规律研究[J]. 赵治鹏,马铁军,李文亚,张勇. 精密成形工程. 2019(06)
[5]TC17钛合金线性摩擦焊接头组织及性能[J]. 季亚娟,张田仓,张连锋,郭德伦. 焊接学报. 2019(09)
[6]轻质异种材料摩擦焊研究现状[J]. 梁武,张春波,乌彦全,巩秋野,周军. 焊接. 2018(11)
[7]钛合金线性摩擦焊界面氧化物“自清理”过程研究[J]. 马铁军,王刚,李文亚,张勇,张晓强. 焊管. 2018(03)
[8]摩擦焊在航空领域的应用[J]. 周军,张春波,杜淼,赵玉珊,姜子钘. 焊接. 2017(06)
[9]线性摩擦焊接技术及其在航空航天领域中的应用[J]. 刘建丽,王严,耿培皓,秦国梁,周军. 焊接. 2016(10)
[10]整体叶盘线性摩擦焊接设备研制与发展现状[J]. 苏宇,马铁军,李文亚,杨夏炜,周军,张学军. 航空制造技术. 2016(18)
博士论文
[1]镍基高温合金线性摩擦焊接过程热力耦合数值分析[D]. 耿培皓.山东大学 2019
[2]钛合金热变形过程中形变与相变的交互作用及织构控制[D]. 李凯.北京科技大学 2018
[3]热加工TC17合金组织演变及其对高温性能的影响[D]. 贾志强.西北工业大学 2016
[4]异种钛合金线性摩擦焊温度场、微观组织及性能研究[D]. 温国栋.西北工业大学 2014
本文编号：3504255
【文章来源】：机械科学研究总院北京市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－４线性摩擦焊近净成形技术??
?机械科学研究总院硕士学位论文???铝合金线性摩擦焊接工艺研究，发现ＡＡ６０８２－Ｔ６铝合金的工艺窗口很窄，由于铝??合金具有极高的导热性，必须使用大的频率值以便为焊缝提供适当的热量，并且??必须匹配合适的工艺参数，不然会出现未焊合、接头坍塌等情况；由于在焊接过??程中使用的ＡＡ６０８２－Ｔ６合金中的沉淀物溶解，显微硬度在焊接区域中降低。耿培??浩［？１也进行了镍基高温合金的线性摩擦焊接试验及热力耦合数值模拟的研究，如??图１－９所示，建立了塑性体／塑性体摩擦副的数学模型，分析线性摩擦焊接过程中??热力耦合机理；国外学者还进行了?ＡＡ２０２４铝合金与纯铜的线性摩擦焊接头界??面微观结构的深入研究，如图１－１０所示，发现由于在材料流动过程中存在－些涡??流的旋涡，导致界面出现层状结构；还发现界面存在由ＡｈＣｕ、ＡｌＣｕ、Ａｌ２Ｃｕ３、??Ａｌ４Ｃｕ９以及亚稳态的Ａ１３Ｃｕ２等组成的不连续的金属间化合物层，由于这些金属间??化合物的存在导致在界面处发生脆性断裂，需要进一步改进焊接工艺来提高接头??性能。??Ｔｈ？ｒｍｏｃｏｕｐＩＴＩｉｏｉｒ￣Ｂ＾Ｂｐ＾ｌ?ｉ?：?：??ｗｎ??ＳＳＨｔ＾ＯＭＰｔ－ｌＯＪＢｋＷ／ｍｍ１?４５Ｈｘ－３０ＭＰ？－?ｌＳｋＷ／ｍｍ１?■?＼｜?■?＼?ｗ?｜／??３６Ｈｚ?６０ＭＰａ－?ｌ８．９３ｋＷ／ｍｍ，?５８Ｈｓ－６０ＭＰａ－３０．４２ｋＷ／ｍｍ２??（ａ）焊接接头宏观形貌?（ｂ＞接头显微硬度??图丨－８铝合金线性摩擦焊??■?Ｉ?Ｖ??阁１－９高温合金线性摩擦焊??１０??
?机械科学研宂总院硕士学位论文???（ａ）接头宏观形貌?（ｂ）界面ＩＭＣ层??图１－１０铝－铜异种金属线性摩擦焊??１．３．１钛合金线性摩擦焊接工艺研究现状??邢丽等［３５１通过对ＴＣ４钛合金进行线性摩擦焊试验研宄，发现通过调整焊接工??艺参数可以得到“Ｘ”型、型和“Ｖ”型三种焊缝宏观形貌，如图１－１１所示，分析??发现焊接压力是焊缝形貌的主要影响因素，其次是频率和振幅，在保证热输入适??量的情况下应采用较大的摩擦压力可以获得成形良好的接头。??１１１??图丨－丨丨接头宏观形貌??西北工业大学马铁军等［３６１等研究发现线性摩撩焊接过程中飞边主要由丁－焊??接界面处的热塑性金属层在垂直－ｒ界面的轴向压应力和平行ｔ振动方向的剪切应??力共同作用下以“脉动”的方式被挤出而形成，飞边形成过程如图１－１２所示；还发??现线性摩擦焊过程中试件变形量随摩擦时间的增加近似呈指数关系增大ｉｗ。??温国栋等［３＊１研究发现在－定焊接条件下ＴＣ４线性摩擦焊接头屮存在旋涡状??和连续带状分布的氧化物，以及？碑未焊合的孔洞，氧化物成分丨：耍山ＴｉＣｈ和??ＡｈＣｂ组成。而姬书得等基于ＤＥＦＯＲＭ软件对ＴＣ４钛合金线性摩擦焊接过程??中的材料流动行为进行了数值模拟，发现焊接过程中摩擦界面边缘附近塑性金厲??的流动速度要大？中心区域的流动速度，塑性金属的流动速度随界面温度的降低??ＩＩ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]TA19双态组织钛合金线性摩擦焊接头的组织结构及演化行为[J]. 陶博浩,李菊,张彦华. 材料导报. 2020(14)
[2]钛合金线性摩擦焊接头动态再结晶规律研究[J]. 李晓红,张彦华,张田仓,季亚娟,李赞. 塑性工程学报. 2020(02)
[3]TC17（α+β）/TC17（β）钛合金线性摩擦焊接头相组成及织构分析[J]. 李晓红,张彦华,李赞,张田仓. 焊接学报. 2020(01)
[4]不同摩擦压力下TB2线性摩擦焊过程参量的变化规律研究[J]. 赵治鹏,马铁军,李文亚,张勇. 精密成形工程. 2019(06)
[5]TC17钛合金线性摩擦焊接头组织及性能[J]. 季亚娟,张田仓,张连锋,郭德伦. 焊接学报. 2019(09)
[6]轻质异种材料摩擦焊研究现状[J]. 梁武,张春波,乌彦全,巩秋野,周军. 焊接. 2018(11)
[7]钛合金线性摩擦焊界面氧化物“自清理”过程研究[J]. 马铁军,王刚,李文亚,张勇,张晓强. 焊管. 2018(03)
[8]摩擦焊在航空领域的应用[J]. 周军,张春波,杜淼,赵玉珊,姜子钘. 焊接. 2017(06)
[9]线性摩擦焊接技术及其在航空航天领域中的应用[J]. 刘建丽,王严,耿培皓,秦国梁,周军. 焊接. 2016(10)
[10]整体叶盘线性摩擦焊接设备研制与发展现状[J]. 苏宇,马铁军,李文亚,杨夏炜,周军,张学军. 航空制造技术. 2016(18)
博士论文
[1]镍基高温合金线性摩擦焊接过程热力耦合数值分析[D]. 耿培皓.山东大学 2019
[2]钛合金热变形过程中形变与相变的交互作用及织构控制[D]. 李凯.北京科技大学 2018
[3]热加工TC17合金组织演变及其对高温性能的影响[D]. 贾志强.西北工业大学 2016
[4]异种钛合金线性摩擦焊温度场、微观组织及性能研究[D]. 温国栋.西北工业大学 2014
本文编号：3504255
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