电子束焊接技术因具有高能量密度、焊接变形小及生产效率高等优点，成为先进焊接技术发展的重要研究方向之一。钛合金由于高的比强度和比刚度、较好的抵抗疲劳裂纹扩展能力、优良的抗腐蚀性和足够的热稳定性等优异的综合性能而成为航空航天、汽车船舶、化学、生物医学和核工业等许多领域中不可缺少的结构材料。目前国内外对异种钛合金电子束焊接组织和性能的研究较少，尤其是热处理对接头的组织和性能的影响，而其对电子束焊接在航空航天工业中推广应用具有重要的理论意义和实际价值。本文主要分析电子束焊接异种钛合金的组织和性能，对其形成机理进行深入探讨，并研究热处理对接头组织和性能的影响规律，主要研究结果如下：本文分别对10mm厚的Ti-6Al-4V/Ti17和Ti-6Al-4V/BT9钛合金平板采用相同的焊接参数进行了电子束焊接。异种钛合金经过电子束焊接后，焊缝区和热影响区组织与母材相比具有明显差异。Ti-6Al-4V/Ti17接头的焊缝内几乎全是针片状的细小的密排六方马氏体α′和斜方马氏体α′′，Ti-6Al-4V侧热影响区为密排六方马氏体α′，并且此热影响区的马氏体的长度和宽度明显大于焊缝马氏体的长度和宽度，Ti17侧热影响区组织为粗大的β相，此外通过对钼当量的计算分别证明了斜方马氏体α′′和粗大的β相在Ti-6Al-4V/Ti17接头的焊缝和热影响区存在的合理性。而Ti-6Al-4V/BT9接头的焊缝内为针片状的密排六方马氏体α′，Ti-6Al-4V侧热影响区也为密排六方马氏体α′，在BT9侧热影响区组织为密排六方马氏体α′和残留的等轴的α相的混合物。不同于电子束焊接同种材料，异种钛合金电子束焊接头的显微硬度呈现出明显的不对称的特点。Ti-6Al-4V/Ti17接头焊缝的显微硬度明显均高于Ti-6Al-4V母材和Ti17母材的显微硬度，比Ti-6Al-4V母材和Ti17母材分别平均高出约115和70HV，Ti-6Al-4V侧热影响区的显微硬度略高于Ti-6Al-4V母材的显微硬度，且随着距焊缝中心距离的增大，显微硬度逐渐降低，而Ti17侧热影响区的显微硬度却明显低于其母材的显微硬度，且随着距焊缝中心距离的增大，显微硬度逐渐增加，这表明在Ti17侧存在软化区。Ti-6Al-4V/BT9接头的焊缝的显微硬度也明显高于Ti-6Al-4V母材和BT9母材的显微硬度。Ti-6Al-4V侧热影响区的显微硬度也略高于Ti-6Al-4V母材的显微硬度，且随着距焊缝中心距离的增大，显微硬度逐渐降低，BT9侧热影响区的显微硬度随着距焊缝中心距离的增大，其值也逐渐降低，这表明在BT9侧的热影响区不存在软化区。异种钛合金电子束焊接接头的拉伸性能与硬化行为的研究表明：在相同应变速率条件下，Ti-6Al-4V/Ti17接头强度和Ti-6Al-4V/BT9接头强度与Ti-6Al-4V母材的强度相当，但是却略高于Ti-6Al-4V母材的强度。本文尝试通过拉伸应力-应变曲线的原理图和极限强度比来解释接头的这种异常的特点。Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的屈服强度和抗拉强度均随着应变速率的增加而增加，这表明Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的屈服强度和抗拉强度对应变速率具有较强的依赖性。此外，Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的硬化能力Hc均随着应变速率的增加是逐渐降低的，应变硬化指数n1、n和n*也基本都呈降低的趋势。在恒定的应变比(-1)和应变速率(1×10-2s-1)时，应变幅对异种钛合金电子束焊接接头的疲劳性能的影响的研究表明： Ti-6Al-4V/Ti17接头以及Ti-6Al-4V/BT9接头的循环滞后回线在第一圈和半寿命时基本都是对称的，并且均随着应用的总应变幅的增加，Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的循环应力幅增加，而疲劳寿命下降。此外，在较低的总应变幅(0.2%-0.6%)下，Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的低周疲劳循环应力幅和塑性应变幅基本上是恒定的或稳定的，但随着总应变幅的增加(0.8%-1.2%)，Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的低周疲劳循环应力幅发生了循环软化，塑性应变幅增加。在恒定的应变比(-1)和应变速率(1×10-2s-1)下，均随着应用的总应变幅从0.2%增加到1.2%时，循环应力幅约从200MPa增加到1000MPa，而疲劳寿命从约107下降到200，Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的寿命几乎和母材相当，证明选定的焊接工艺合理。此外，在恒定的应变幅(0.8%)和应变速率(1×10-2s-1)时，应变比对接头的疲劳性能也产生了非常明显的影响：即除了应变比为-1的情况，Ti-6Al-4V/Ti17异质接头的循环滞后回线在不同的应变比下均呈现出不对称性，并且在应变比R=0和0.5时，Ti-6Al-4V/Ti17异质接头的循环滞后回线的第一圈拉伸的阶段由于非常大的正平均应变导致了特别明显的塑性变形。Ti-6Al-4V/Ti17接头以及Ti-6Al-4V/BT9接头的疲劳源均起始于试样表面或者是试样表面的缺陷，Ti-6Al-4V/Ti17接头以及Ti-6Al-4V/BT9在裂纹扩展区以疲劳辉纹为特征，且其微观特征为垂直于裂纹扩展方向。焊后热处理对异种接头组织和性能的影响表现为：与仅对Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头分别进行630oC和550oC退火处理相比，固溶和退火双重热处理对接头的组织和性能的影响更为显著。虽然固溶和退火处理改变了Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的组织，使得硬度和强度下降，但固溶和退火处理后Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的疲劳寿命几乎与他们各自焊态接头的疲劳寿命相当。而仅经过退火处理的Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头的组织几乎与他们各自焊态接头的组织基本相同，其硬度分布趋势也与他们各自焊态接头的硬度分布趋势基本一致，而其强度略低于接头的强度，但其疲劳寿命几乎与他们各自焊态接头的疲劳寿命相当。因此，分别对Ti-6Al-4V/Ti17接头和Ti-6Al-4V/BT9接头采用630oC和550oC退火处理更合理。