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TC4钛合金扩散连接界面特征及孔洞闭合数值模拟

作　者: 沈俊军
导　师: 刘会杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 钛合金 扩散连接 界面特征 孔洞闭合 数值模拟
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而在航空航天领域获得广泛应用,其连接技术是工程应用中的关键技术之一。本文采用扩散连接方法对两种不同晶粒尺寸的TC4钛合金分别进行了连接,对比研究了接头的界面特征及其随工艺参数的变化规律。建立了扩散连接过程中界面孔洞闭合模型,并进行了模拟。通过对界面孔洞的金相和统计分析可以发现,无论哪种晶粒尺寸的TC4钛合金,提高连接温度、增加连接压力或者延长连接时间都有助于减小界面孔洞的体积,提高接头界面接合率。但在相同连接条件下,钛合金晶粒尺寸越小,界面孔洞闭合得越快,界面接合率越高。对界面组织特征的分析表明,相较于连接温度和时间,连接压力对界面组织特征影响不大。对β相的体积分数而言,钛合金晶粒尺寸较大时,其随着连接温度升高先减后增,随连接时间的延长先增后减;而晶粒较小时β相的体积分数随温度升高缓慢增大,随时间先增后减。对β相尺寸而言,钛合金晶粒尺寸较大时,其随温度的升高逐渐增大,随连接时间延长先增后减;而晶粒尺寸较小时β相尺寸随温度升高和时间延长都逐渐增大。就β相数量而言,钛合金晶粒尺寸较大时,其随着温度的升高逐渐减少,而随时间延长逐渐增加;而晶粒尺寸较小时β相数量随温度升高逐渐减少,随时间延长先增后减。利用所建立的模型对晶粒尺寸为18μm的TC4钛合金进行了模拟。结果表明,扩散连接过程中蠕变机制贡献最大,表面源机制其次,界面源机制的影响最小,扩散连接时间足够长时表面源机制几乎停止作用。将模拟结果同试验相比,发现吻合良好,证实了模型的合理性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-21
  1.1 课题背景及意义  8
  1.2 钛合金的焊接性及焊接方法  8-10
    1.2.1 钛合金的焊接性  8-9
    1.2.2 钛合金的焊接方法  9-10
  1.3 钛合金扩散连接研究现状  10-20
    1.3.1 界面缺陷研究  11
    1.3.2 界面组织研究  11-12
    1.3.3 界面孔洞闭合过程模拟现状  12-20
  1.4 课题研究主要内容  20-21
第2章 试验材料及方法  21-25
  2.1 试验材料  21-22
  2.2 试验设备  22
  2.3 试验方法  22-24
    2.3.1 试件表面处理  22-23
    2.3.2 工艺参数和曲线  23
    2.3.3 施焊  23-24
    2.3.4 试样制备及金相观察  24
    2.3.5 界面孔洞和界面组织特征的统计分析  24
  2.4 界面孔洞闭合的数值模拟  24-25
第3章 扩散连接界面孔洞特征  25-36
  3.1 一般钛合金  25-28
    3.1.1 连接温度的影响  25-26
    3.1.2 连接压力的影响  26-27
    3.1.3 连接时间的影响  27-28
  3.2 细晶钛合金  28-31
    3.2.1 连接温度的影响  28-29
    3.2.2 连接压力的影响  29-30
    3.2.3 连接时间的影响  30-31
  3.3 界面孔洞的统计分析  31-35
    3.3.1 连接温度的影响  31-32
    3.3.2 连接压力的影响  32-34
    3.3.3 连接时间的影响  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 扩散连接界面组织特征  36-48
  4.1 一般钛合金  36-42
    4.1.1 定性分析  36-38
    4.1.2 定量分析  38-42
  4.2 细晶钛合金  42-47
    4.2.1 定性分析  42-44
    4.2.2 定量分析  44-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章 界面孔洞闭合的数值模拟  48-61
  5.1 界面孔洞的几何模型  48-49
  5.2 孔洞闭合机制的数学模型  49-54
    5.2.1 塑性变形机制  49-50
    5.2.2 表面源机制  50-52
    5.2.3 界面源机制  52
    5.2.4 幂定律蠕变机制  52-54
  5.3 模拟结果及分析  54-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 加压焊 > 其他加压焊
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