钛合金发动机壳体等离子焊接工艺研究(2)
致谢 25
参考文献 26
附录 TC4焊接接头横截面显微硬度表 28
1 引言
1．1 课题的意义
在导弹的研制过程中，采用高强轻质的壳体材料，是提高导弹发动机性能的最重要途径。作为壳体材料，钛合金具有一系列优点。钛合金的密度大约是钢的三分之二，而强度接近于钢。它的比强度在金属材料中最高。钛合金还具有良好的抗盐雾腐蚀特性，壳体可经喷砂之后变成银灰色，或经抛光成光亮表面，不必像钢那样用涂层保护。钛合金可在较高温度下工作，在150℃时强度仅下降15%。综合考虑导弹的耐高温性能、结构强度、弹体质量、体积、外形和布局等多因素要求，该导弹发动机选用钛合金材料制备。
但钛合金对焊接热输入及气体保护要求很高，为了得到优质焊缝，国内外一般采用钨极氩弧焊（TIG焊）、熔化极氩弧焊（MIG焊）、等离子弧焊、激光焊、电子束焊和电阻焊等方法[1]。本文致力于研究钛合金TC4等离子弧焊接工艺，通过调整工艺参数，找出其焊缝质量、接头横截面微观组织及力学性能间的关系，为今后研究钛合金环焊缝的焊接及TC10的焊接工艺做准备。
1．2 钛合金的性能及其应用
钛是继钢、铝、镁之后发展起来的一种新型金属。钛合金的比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种很有发展潜力和应用前景的材料。从20世纪50年代，钛作为一种结构金属发展至今，越来越多的国家认识到钛合金的重要性，相继对其进行研究开发，并在诸多领域进行了很好的应用。
钛具有两种同素异构体：在多晶转化温度(882.5°C)以下为α钛，它具有密排吹冰方晶格结构(hcp)；当温度高于多晶转变温度,但低于熔点时,称为β钛,它具有体心立方晶格结构(bcc)。钛合金的两种不同晶体结构以及相应的同素异构转变温度是其获得各种不同性能的基础，根据合金元素对钛的同素异构体转变温度的影响和所得组织的不同,钛合金可分为三类[2-3]：
1) α型钛合金，这类钛合金不含或只含极少量的β稳定元素，退火状态的组织为单相的α固溶体或α固溶体加微量的金属间化合物
2) α+β型钛合金，这类钛合金含β稳定元素比较高,总量为2%-6%,退火状态组织为α+β固溶体。α+β型钛合金的室温强度和塑性高于α型钛合金，但焊接性能和耐热性不如α型钛合金
3) β型钛合金，这类钛合金含β稳定元素总量大于17%,退火或淬火状态得到单相的β固溶体组织
其中α合金不能热处理，工艺性能良好，有很好的塑性，一般用于制造在500℃以下工作的结构。β型钛合金塑性好，有良好的冷加工性能，但焊接性能差且组织和性能不够稳定，工作温度一般不超过200℃。
应用最广泛的为α＋β双相合金，它在进行淬火和时效热处理后σb可达到1200～1400MPa，退火后有很好工艺性能，主要用于制造在400℃以下工作的结构。其中TC4钛合金具有良好的综合性能，对其研究最为深入，应用也最为广泛。
钛合金的突出特点在于它的高比强度及优良的耐腐蚀性能，同时又具有良好的耐热性和低温性能，因而实用性强，应用面广。总的来讲，钛合金具有铝和钢各自具备的某些性能，主要包括以下几点：
1) 钛合金密度小，在室温下钛的密度约为4.5g/cm3,仅相当于钢的60%,它的屈服极限与抗拉强度之比、疲劳强度与抗拉强度之比都很高，强度可与高强度钢相媲美
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