TC4扩散焊接头疲劳性能研究

摘要

随着扩散焊接结构在航空发动机构件中的应用越来越广泛，其力学性能尤其是疲劳性能得到了学者们的关注。论文以TC4扩散焊接头为研究对象，系统地研究了其静力学性能及疲劳性能，以期为扩散焊连接类构件的工程应用提供理论支持。
　　文中对TC4扩散焊接头进行了金相观察试验及静强度试验，验证了扩散焊接头焊接质量及扩散焊工艺参数的可行性；通过断裂韧性试验及纳米压痕试验，考查了扩散焊接头抵抗变形及裂纹失稳扩展的能力。
　　设计了具有不同倾角扩散焊缝的三种试样，开展了拉伸疲劳试验并获取了焊接接头的疲劳寿命曲线；讨论了正应力、切应力不同比例加载条件对焊接接头疲劳性能的影响；对比了TC4原材料、经扩散焊工艺过程的TC4母材及焊缝的疲劳性能，结果表明其疲劳性能依次减弱；基于临界平面法对焊接接头疲劳寿命进行评估，取得了良好的预测结果。设计了双搭接接头试验件并开展了剪切疲劳试验，建立了剪切疲劳寿命曲线。双搭接接头共存在三种疲劳断裂模式，分别为：正应力主导的基板断裂、基板焊接区域大面积脱焊后基板断裂及切应力主导的基板焊接区域完全脱焊。双搭接剪切疲劳试件断裂模式随着疲劳载荷水平的变化而变化。
　　对焊接接头疲劳断口的宏观及微观形貌进行观察发现：宏观断口无明显塑性变形，疲劳源多萌生于试件材料表面，裂纹扩展过程中以解理断裂为主，瞬断区能够发现大量韧窝形貌。在循环载荷下，扩散焊接头属于脆性穿晶断裂。

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注释表

第一章 绪论

1.1 工程背景

1.2 材料扩散连接

1.3 钛合金扩散焊接头力学性能研究进展

1.4 存在的问题及本文研究内容

第二章 TC4扩散连接及静力学试验

2.1 引言

2.2 TC4扩散焊试验

2.3 TC4静拉伸试验

2.4 断裂韧性试验

2.5 纳米压痕试验

2.6 小结

第三章 TC4扩散焊接头拉伸疲劳性能研究

3.1 引言

3.2 TC4扩散焊接头疲劳试样

3.3 试验设备

3.4 试验方法

3.5 疲劳试验结果及分析

3.6 TC4扩散焊接头疲劳寿命模型

3.7 TC4扩散焊接头疲劳断口分析

3.8 小结

第四章 扩散焊搭接接头剪切疲劳性能研究

4.1 引言

4.2 扩散焊连接

4.3 双搭接扩散焊接头剪切强度试验

4.4 双搭接扩散焊接头剪切疲劳试验

4.5剪切疲劳试件有限元分析

4.6 剪切疲劳断口分析

4.7 小结

第五章 总结

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文