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本课题是北京航空航天研究一所的TA15钛合金疲劳性能测试课题的延续,北京航空航天一所曾经委托北京工业大学高校强度检测所进行TA15钛合金母材及其电子束焊接接头高周疲劳性能测试试验,测试结果表明同种材料的TA15钛合金母材的高周疲劳极限明显高于电子束焊接接头。本课题就是在此基础上针对国防工业常用的TA15钛合金经电子束焊接加工造成的疲劳性能变化的进行了深入研究,从其母材和电子束焊接接头高周疲劳性能的差异出发,通过界面破坏拉伸试验、弹性常数分布测量试验和金相结构定量分析试验对TA15钛合金电子束焊接接头的宏观力学性能和微观结构的关系进行研究。为研究TA15电子束焊接工艺,提高钛合金电子束焊性能提供基础性数据。本文重点研究了以下三个方面:①通过高周疲劳测试试验和界面破坏试验研究TA15钛合金焊接接头的母材和焊缝的力学性能的差异。②通过超声法测量焊接接头上母材区域到焊缝区域弹性常数的变化规律,通过电测法对弹性模量的测试结果进行验证,并量化近焊缝弹性模量异常区域的宽度。③通过定量金相试验建立宏观与微观的基础对应关系,进而量化近焊缝区域微观金相结构异常区域的宽度。为研究钛合金电子束焊接工艺提供基础性的数据。本课题取得的主要研究成果为:①TA15钛合金母材的高周疲劳极限明显高于电子束焊接接头,两者相差66.7 MPa,焊接接头的疲劳极限比母材降低了13.7%。②界面破坏试验的结果表明电子束焊接加工导致焊接接头区域的力学性能发生变化,母材的性能明显优于焊缝,热影响区作为界面处于两区域之间。③研究了TA15钛合金电子束焊接接头的弹性常数的分布规律,结果表明母材区域和焊缝的弹性模量明显差异。母材和焊缝之间存在一个过渡区域,将该区域定义为“弹性模量异常区域”,测量该区域的平均宽度为4.16mm。在95%的可靠度下,估计区间为3.86mm～4.51mm。④显微硬度测试试验,晶粒尺寸定量测试和体积分数测试试验均表明母材区域与焊缝区域之间存在一定宽度的过渡区域,参照等轴(球状)α相体积分数的变化,定义该区域为“等轴α相(球状)含量异常区”,测量该区域的宽度为1.5mm。⑤高周疲劳试验试件断裂位置统计试验的结果表明,断在焊缝以外的3个试件中,有两个试件的断裂位置在“弹性模量异常区域”的边界范围内,断点位置(4.52mm)与“弹性模量异常区域”在95%可靠度下的母体均值估计区间上限基本重合。在大概率条件下,推测电子束焊接加工造成的近焊缝异常区域(弹性模量异常区域)对电子束焊接接头试件疲劳性能有极其重要的影响。该推测的准确性和可靠性仍需要通过大量试验验证。