异种钛合金电子束焊接组织及织构演化与力学行为响应研究

The project is to investigate the microstructural characteristics and texture mechanism of dissimilar titanium alloy joints welded by electron beam, along with the effect of β-stablizing elements on the microstructure and phase. Also, using the equation the Mo equivalent is calculated to prove that it is reasonable that the phase exists in the dissimilar titanium alloy joint. The texture mechanism of the joint at different zones will be studied. Based on the fatigue theory, the relationship between the fatigue life and the tensile properties will be studied. Based on Schmid factor, the relationship between the texture and the properties will be discovered. This research is about a basic common problem in many manufacture areas, such as quality control of the welding process. The research results have not only significant science significance to develop the welding theory, but also benefit to enhance the mechanical property and the reliability of the structure.

针对钛合金电子束焊缝组织和织构演化机理，通过对异种钛合金电子束焊接头研究，揭示焊缝组织演变机理及晶粒细化本质，从beta稳定元素角度阐明焊缝和热影响区的组织和相变规律；采用钼当量公式，计算并证明焊缝和热影响区的相存在的合理性；对异种钛合金电子束焊接头不同区域织构特征进行研究，揭示接头不同区域织构演变机理；基于疲劳理论，建立应变疲劳寿命和拉伸性能间的关系；基于Schmid定理，进一步揭示异种钛合金电子束焊接头织构对力学行为影响规律。该研究是焊接等热加工领域涉及的基础性问题，其成果不仅对钛合金电子束焊理论的发展和完善具有一定的理论意义，还对提高异种钛合金真空电子束焊接结构件的综合机械性能和工作可靠性有十分重要的工程应用价值。

针对飞机发动机构件在高梯度应力场和温度场环境下的工作能力，研究双金属，双性能材料的制取与结构制造技术，为提高异种钛合金电子束焊接质量以及该合金在我国航空工业中的进一步推广应用提供理论依据。本项目以β稳定元素为切入点，重点研究异种钛合金电子束焊接接头显微结构与力学性能响应关系。通过对异种钛合金电子束焊接接头的组织梯度的表征，系统地揭示了异种钛合金真空电子束焊接头焊缝及热影响区组织演化规律与机制，发现接头焊缝内马氏体比TC4侧热影响区马氏体更加细小，TC17侧热影响区组织为粗大的β相；结合相图，通过对电子束加热及冷却过程的分析，表征了异种钛合金电子束焊接接头熔池金属的凝固行为，金属熔体在熔池壁的母材上直接发生非均匀形核，且在冷却过程中以局部半熔化的晶粒为核心，垂直于熔池壁以柱状晶的形式迅速向熔池内部生长，最终成长为粗大的柱状晶粒；通过钼当量公式的计算，深入分析了β稳定元素对焊缝显微组织和相的影响规律；在此基础上，通过对接头局部显微结构及整体结构的表征，探明了异种钛合金电子束焊接头的织构演化规律；阐明了异种钛合金电子束焊接头在不同时空域及温度下的塑性变形行为及断裂机理，接头强度对应变速率和温度具有较强的依赖性；获得了异种钛合金电子束焊接头在不同条件下的疲劳性能的宏微观变形行为及断裂机理；进而结合滑移-孪生变形物理机制，探明了接头在不同条件下的力学性能与显微结构的关系。本项目丰富了异种材料连接的基础理论，促进了异种材料连接技术的发展。研究成果在焊接领域国际顶级期刊及材料加工领域国际权威期刊及国内期刊发表学术论文8篇，其中SCI收录3篇，核心收录4篇，会议论文1篇，撰写普通高等教育“十三五”规划教材2章。