● 摘要
TC17钛合金与GH4169高温合金焊接结构广泛用于航空发动机构件，这些部件在高温的服役环境下承受复杂的疲劳载荷与高温蠕变的交互作用，往往会失效，甚至断裂。因此研究TC17钛合金和GH4169的疲劳与断裂的内在机理对于准确预测焊接结构部件的使用寿命以及提高部件的抗疲劳性能有着重要的意义。本文的研究内容如下：以TC17钛合金为研究对象，对其对TC17合金两种母材，焊态和不同热处理制度下的线性摩擦焊接接头的进行断裂韧性试验，对试验所得断口进行了扫描分析，探讨了焊接结构的断裂机理。结果显示：TC17钛合金线性摩擦焊焊接接头的焊缝强度与硬度高于母材，但断裂韧性值最差。这是焊缝处的细晶强化，吸氢脆化，以及焊缝处含有较高的缺陷密度和较多强度较低的初生α相造成的。焊后热处理对提高焊接接头的断裂韧性没有帮助。以GH4169高温合金为研究对象，深入研究了其惯性摩擦焊焊接接头的组织形貌，并进行了一系列高低温的断裂韧性和裂纹扩展速率实验，并对试验所得断口进行了扫描分析，探讨了焊接结构的疲劳和断裂机理。结果显示：GH4169高温合金惯性摩擦焊焊接接头焊缝有最低的断裂韧性。温度升高，焊接接头各部分断裂韧性增加。这是焊缝处的细晶强化、碳化物颗粒的弥散强化和沉淀强化、屈服强度与弹性模量下降等因素造成的。同时焊缝具有最低的裂纹扩展速率，这是由于焊缝中的晶界及第二相粒子对裂纹的阻碍效应更强。温度的升高，焊接接头抗疲劳性降低，这是高温下晶界弱化，裂纹尖端加速氧化以及屈服强度和弹性模量降低的共同结果。