钛合金压印接头热处理前后静态失效机理分析

98材料导报B研究篇2015年8月下第29卷第8期钛合金压印接头热处理前后静态失效机理分析张越，何晓聪，卢毅，王医锋昆明理工大学机电工程学院，昆明650500摘要对钛合金进行压印连接，将得到的压印接头分成3部分，一部分不予处理，一部分进行整体淬火处理，一部分进行整体退火处理，再将热处理前后的接头进行静态力学实验，并运用扫描电子显微镜对接头拉伸断12进行微观分析。结果表明，未处理的钛合金压印接头静拉伸失效载荷为456722N，变形位移为119MM淬火处理的钛合金压印接头载荷和位移值均大幅度降低；退火处理的钛合金压印接头失效载荷降低了1O9，变形位移比未处理的接头增加了76。3种接头失效模式均为颈部断裂失效，从微观角度分析可知钛合金压印接头断口呈现韧窝形貌和少量解理特征，主要为韧性断裂；钛合金压印接头淬火后断口出现准解理特性和滑移特征，为脆性断裂；钛合金压印接头退火后断口呈现准解理和均匀的韧窝特征，主要为韧脆混合断口。关键词钛合金压印连接热处理力学性能断口分析中图分类号TG3文献标识码ADOI1011896JISSN1005023X201516022ANALYSISONSTATICFAILUREMECHANISMOFCLINCHEDJOINTSABOUTTITANIUMALLOYSHEETSBEFOREANDAFTERHEATTREATMENTSZHANGYUE，HEXIAOCONG，LUYI，WANGYIFENGFACULTYOFMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING，KUNMINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，KUNMING650500ABSTRACTCLINCHINGTECHNOLOGYWASUSEDTOCONNECTTITANIUMALLOYSHEET，PARTOFTHESPECIMENSWASQUENCHEDANDSOMEOTHERSWASANNEALEDQUASISTATICMECHANICSPERFORMANCEEXPERIMENTWASADOPTEDTOTESTTHECLINCHIOINTSOFTHETHREEKINDSOFJOINTSITCANBESEENFROMEXPERIMENTSTHATTHETENSILESHEARSTRENGTHWAS456722N，THEFAILUREDISPLACEMENTWAS1191TINLTHETENSILESHEARSTRENGTHANDDISPLACEMENTOFTHEQUENCHEDJOINTSWASDEEPLYDROPPEDFROMWHICHWEREUNTREATED，ANDTHETENSILESHEARSTRENGTHOFANNEALEDJOINTSWASDROPPEDFORLO90，THEDISPLACEMENTWASRISENFOR76THEFAILUREMODESOFTHREEKINDSOFCLINCHEDIOINTSWEREFRACTUREATTHEMINIMUMTHICKNESSOFTHENECKMICROSCOPICANALYSISSHOWSTHATTHEUNTREATEDJOINTFRACTUREWITHDIMPLEANDCLEAVAGECHARACTERISTIC，ITISAFRACTUREBETWEENBRITTLEFRACTUREANDDUCTILEFRACTURE，ITSMAINLYFORDUCTILEFRACTURETHEFRACTUREOFQUENCHEDOINTAPPEARSQUASICLEAVAGECHARACTERISTICSANDFEATURESOFSLIP，ITSBRITTLEFRACTURETHEFRACTUREOFANNEALEDJOINTAPPEARSQUASICLEAVAGEANDDIMPLEFEATURE，ITISTHEDUCTILEBRITTLEMIXEDFRACTUREKEYWORDSTITANIUMALLOY，CLINCHJOINING，HEATTREATMENTS，MECHANICALPROPERTIES，FRACTUREANALYSIS0引言由于钛合金具有强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出优点，被广泛应用在汽车工业、航空航天工业和国防工业中1。然而钛合金由于屈服强度高、缺口敏感性高以及塑性变形区范围窄等性质，使得传统的连接方法很难实现钛合金的连接，如何实现钛合金的有效连接是亟待解决的问题L2。近年来，新兴的压印连接技术可以解决传统连接工艺存在的问题，它是一种通过挤压金属薄板材料使其发生冷变形的连接方法，利用上模和对应的下模对两层或多层板料进行压接，变形后可以形成一个摩擦互锁的连接点，其工艺过程如图1所示。单搭接接头是应用最广泛的形式之一，本实验以单搭接压印接头为研究对象。一舔蕾嚣赫龠图1压印连接成形过程FIG1FORMINGPROCESSOFCLINCHEDJOINTS目前压印连接的研究对象多为钢、铝和铜等工业应用较为广泛的金属，研究方向多为相关参数的优化和接头性能的国家自然科学基金50965009；昆明理工大学分析测试基金20130576张越女，1990年生，硕士生，主要研究方向为薄板材料连接新技术EMAILZHANGYUELY20O9126COM何晓聪通讯作者，男，1955年生，博士，教授，博士生导师，从事薄板材料连接新技术研究EMAILXIAOCONGHE126COM可再分散乳胶粉对硫铁矿尾砂自流平砂浆性能的影响陈东平等MATICCONDITIONSJCEMCONCRRES，2009，3943133WANGHAIFENGINFLUENCEOFCELLULOSEETHERONSELFLEVELINGMORTARJCONCRETE，2013799INCHINESE王海峰纤维素醚对自流平砂浆性能影响EJ混凝土，20137994PENGJIAHUI，DONGSUFEN，HUANGZHIDEEXPERIMENTALSTUDYONMOBILITYANDWATERRETENTIONCEMENTBASEDSELFLEVELINGMORTARJCONCRCEMPRODUCTS，200914INCHINESE彭家惠，董素芬，黄智德水泥基自流平砂浆流动性与保水性的试验研究J混凝土与水泥制品，2009145ZHANGLIN，ZHUHAIXIA，WUZHAOYIAPPLICATIONOFDEFOAMINGAGENTINCEMENTBASEDSELFLEVELINGMORTARJNEWBUILDINGMATER，200989INCHINESE张琳，朱海霞，吴兆毅消泡剂在水泥基自流平砂浆中的应用研究J新型建筑材料，2009896JEONGYUND，YANGSEOBSPERFORMANCEOFPOLYMERMODIFIEDSELFLEVELINGMORTARSWITHHIGHPOLYMERCEMENTRATIOFORFLOORFINISHINGJCEMCONCRRES，2003，331014977BARLUENGAG，HERNDNDEZOLIVARESFSELFLEVELLINGCEMENTMORTARCONTAININGGROUNDEDSLATEFROMQUARRYINGWASTEJCONSTRUCTIONBUILDINGMATER，2010，24916018RIZWANSYEDA，THOMASABLENDSOFLIMESTONEPOWDERANDFLYASHENHANCETHERESPONSEOFSELFCOMPACTINGMORTARSJCONSTRUCTIONBUILDINGMATER，2012，2713989YAHIAA，TANIMURAM，SHIMOYAMAYRHEOLOGICALPROPERTIESOFHIGHLYFLOWABLEMORTARCONTAININGLIMESTONEFILLEREFFECTOFPOWDERCONTENTANDWCRATIOJCEMCONCRRES，2005，35353210LEIDONGYI，ZHANGYI，LIDONGXU，ETA1PERFORMANCERESEARCHONTHEHIGHSTRENGTHGYPSUMBASEDCEMENTINGMATERIALPREPAREDFROMUNDISTURBEDFGDGYPSUMJMATERREVRES，2013，2710L38INCHINESE雷东移，张毅，李东旭，等利用原状脱硫石膏制备石膏基高强胶凝材料的性能研究J材料导报研究篇，2013，271013811LIZHE，LONGGUANGCHENG，XIEYOUJUNEXPERIMENTALSTUDYOFRECYCLEDRUBBERGRANULESONTHEMECHANICALPROPERTIESOFSELFLEVELINGMORTARJMATERREV，2011，25S2474INCHINESE李哲，龙广成，谢友均再生橡胶颗粒对自流平砂浆力学性能影响的试验研究J材料导报，2011，25专辑1847412CHENHUCHARACTERISTICOFIRONTAILANDTHEEXPERIMENTSTUDYINSELFLEVELINGMORTARJCONCRETE，20147125INCHINESE陈虎铁尾矿砂特性及在自流平砂浆中的应用研究口混凝土，2014712513XIEHONGBORESEARCHANDANALYSISONPYRITETAILINGSPREPAREDSELFLEVELINGMORTARJGUANGDONGBUILDINGMATER，201387INCHINESE谢红波硫铁矿选矿尾矿自流平砂浆的研制与性能分析J广东建材，20138714PEIYONGBING，XIEDELONG，ZHANGXINYA，ETA1PROGRESSONTHEMECHANISMSANDPREPARATIONOFREDISPERSIBLEEMULSIONPOWDERSJCONCRETE，2007858INCHINESE裴勇兵，谢德龙，张心亚，等可再分散乳胶粉的作用机理与制备研究进展J混凝土，200785815SUNZHENPING，YANGJIE，PANGMIN，ETA1INFLUENCEOFREDISPERSIBLEEMULSIONPOWDERONPROPERTIESOFSTEELSLAGMORTARJBUILDINGMATER，2013155INCHINESE孙振平，杨洁，庞敏，等可再分散乳胶粉对钢渣砂砂浆性能的影DNJ建筑材料学报，201315516DONGSUFENGSTUDYONTHECOMPOUNDINGANDPERFORMANCEOFCEMENTITIOUSSELFLEVELINGMORTARDCHONGQINGCHONGQINGUNIVERSITY，2009INCHINESE董素芬水泥基自流平砂浆的配制与性能研究D重庆重庆大学，200917施展，刘加平可再分散乳胶粉对自流平地坪砂浆的性能影响及机理研究C第五届全国商品砂浆学术交流会论文集北京，2013责任编辑余波PP上接第101页10LIUFULONG，HEXIAOCONG，ZENGKAI，ETA1ANALYSISON8YANGHUIYAN，HEXIAOCONG，DINGYANFANGSTUDYONCLINCHJOINTINGFORCUA1ALLOYSSHEETSANDMECHANICALPROPERTIESOFJOINTSJCHINAMEEHANENG，2014，25192669INCHINESE杨慧艳，何晓聪，丁燕芳，等铜一铝异种金属板压印连接与接头拉剪载荷研究_J中国机械工程，2014，251926699ZHOUYUNJIAO，LANFENGCHONG，HUANGXINHONGMULTIOBJECTIVEOPTIMIZATIONOFGEOMETRYOFCLINCHINGTOOLSFORSTEELALUMINUMBLANKSHEETS_JMATERSCITECHNOL，2011，19686INCHINESE周云郊，兰风崇，黄信宏，等钢铝板材压力连接模具集合参数多目标优化J材料科学与工艺，2011，