解析tc21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第51卷第12期机械工程学报Vb1．51NO．122015年6月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJun．2015DoI：1O．3901／JME．2015．12．069TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究木马婧赵子华聂宝华郑志腾张峥(北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191)摘要：采用超声疲劳试验方法(20k_T-Iz)，研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明，TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段，电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在

2、表面萌生；当寿命增大时，两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部，母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织，而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时，疲劳源区会出现“鱼眼”形貌特征，源区附近有白色颗粒状细晶区，即细晶区(Finegranulararea，FGA)，其应力强度因子在2．90～3．33MPa·m“，与疲劳寿命没有直接关系，可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外，基于AKINIWA小裂纹扩展理论，定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。关键词：TC21钛合金；电子束焊接接头；超高周疲劳；气孔尺寸中图分类号：TG146Researchon

3、VeryHighCycleFatigueBehavioroftheElectronBeamWeldmentforTC21TitaniumAlloyMAJingZHAOZihuaNIEBaohuaZHENGZhitengZHANGZheng(InstituteofMaterialsScienceandEngineering，BeihangUniversity,Beijing100191)Abstract：TheveryhicyclefatiguepropertiesandfracturemechanismoftheelectronbeamweldmentforTC21titaniu

4、malloyareinvestigatedbytheultrasonicfatiguetestingmethod．Theresultsshowfatiguestrengthofelectronbeamweldmentismuchlowerthanthatofbasemeta1．Intheshorterliferegime，fatiguecrackinitiatesonthesurfaceforbothbasemetalandelectronbeamweldment．Howeve~inthelongerliferegime，thesiteoffatiguecrackinitiati

5、ontransformsfromsurfacetointerior．Fatiguecrackmainlyinitiatesatinternalmicrostruc~reforbasemetal，whilefatiguecrackinitiatesatweldporeforelectronbeamweldment．Whenfatiguelifeislonger,theinitiationzonewouldappear”fisheye”morphologyandtheareanearinitiationzoneappearswhitegranularcharacteristicsna

6、medFGA．Thestressintensityfactorrangesfrom2．9OMPa-mto3．33MPa．matthefrontofFGAiSregardedasthethresholdvalueofinternalcmekpropagation．Therelationshipamongfatiguelife，fatiguestressandporesizeisdiscussedbasedontheshortcmckpropagationtheoryproposedbyAKINIWA．Keywords：TC21titaniumalloy；electronbeamwe

7、ldment；veryhighcyclefatigue；poresize机接头以及机翼接头结构件等部位LZ』。电子束焊接0前言有高功率密度、参数精确可调、高真空度、焊缝大深宽比、热影响区小、接头纯净等一系列的优点j，其广泛应用于航空航天工业。而在焊接结构中，与钛合金密度小、比强度高，具有良好的低温冲击性能，在海水及大多数酸、碱、盐介质中具有优疲劳相关的结构失效事故占金属结构失效事故的70％~80％J。钛合金电子束焊接结构在长期服役过良的抗腐蚀性能等，因而在航空航天领域得到了广泛应