5。1 显微硬度测量步骤 30

5。2 显微硬度数据 31

结 论 33

致 谢 34

参考文献 35

II 本科毕业设计说明书

1 引言

1。1 概述

本课题研究的是钛合金-铝合金的异种金属电子束焊接工艺。近年来，在减少燃 料消耗和降低运营成本的要求下，中国航空航天事业运载对材料轻量化的要求日益提 高。同时，汽车船舶行业也加速了对新材料的研究与应用的速度。因此，作为拥有高 比强度的钛合金与铝合金被国内外的专家与研究机构所重视，我国对钛合金与铝合金 的研究开始时间较晚，研究进度较慢，与国际社会有较大差距。但是，随着对两种金 属材料的自主研发的进展，其商用价值也不断被挖掘出来，具有美好的应用前景和巨 大的商机[1]。

随着国内铝合金和钛合金的研究和应用的推进，专家和研究机构发现，在某些条 件下，因为两者性质的限制，单一的铝合金或钛合金无法满足生产要求。有时是由于 钛合金的成本昂贵，有时是由于钛合金的散热能力远远低于铝合金，有时是由于需要 满足在不同的工作条件下工作的要求。所以产生了将两种及两种以上的金属材料焊接 成为金属复合材料的思路[2]。这样不但降低了成本，而且还能拥有良好的散热能力和 力学性能，更是能使材料满足在不同条件下工作的要求。

对于钛合金与铝合金异种金属焊接，其焊接方法的选择也是十分重要的。在长期 的异种金属焊接方法的试验中，人们对异种金属焊接存在的问题有了清晰的了解。例 如熔点相差较大得异种金属材不易焊接、线膨胀系数相差大的异种金属不易焊接、磁 导率和导热率相差较大的异种金属不易焊接等等[3]。目前人们多采用钎焊、熔-钎焊、 扩散焊、搅拌摩擦焊等焊接方法，但由于各种条件受到极大限制，造成生产效率低， 焊接接头抗拉强度较低等现象。基于以上的原因与需求，本课题在总结前人的经验下， 采用高能电子束流作为热源，在真空中进行钛合金与铝合金对接接头进行焊接，探究 钛合金-铝合金异种金属电子束焊接的可行性。

1。2 铝合金以及钛合金在材料性能方面的特点与应用

1。2。1 铝合金的主要材料性能与应用

铝合金的密度较小且比强度高。本课题用的 2195 铝锂合金比其他普通铝合金具 有更优良的性质，如更低的密度和更高的比强度。试验表明：当铝合金中加入 1%(质

量分数)的锂元素时，合金密度降低 3%，弹性模量增加 6%；当铝合金中加入 2%(质 量分数)的锂元素时，密度降低 10%，弹性模量增长 25%-35%[4]。铝锂合金广泛应用 于航空航天、汽车轮渡、动车高铁等制造工业[5]。例如，波音 767 科技采用的铝合金 约占机体总重量的 80%；造船工业中也大量应用铝及铝合金，一艘普通大型客船的用 铝量常为几千吨，占据船体总重量的很大比例[6]。

铝合金的导电性能仅次于银与铜。铝合金导电率约为铜的 2/3，但密度约为铜的 1/3，因此，铝合金在电器制造业、电线电缆业和无线电工业有广泛的应用。

铝合金拥有良好的导热性，其热导率约为铁的 3 倍。因此，铝合金在工业中多用 于制造热交换器，散热材料与炊具。

铝合金表面被致密的氧化膜覆盖，具有良好的抗腐蚀性。因此，常被用于制造化 学反应器、医疗器械、冷冻装置、天然气输送管道等在腐蚀环境下工作的零部件。 1。2。2 钛合金的主要材料性能及应用

本课题使用的钛合金为 TC4 钛合金，是一种中等强度的α-β两相性钛合金，与 20 世纪中叶开始研究与应用，TC4 钛合金含有 6%的α稳定元素 Al 与 4%的β稳定元素 V[7]。 它具有以下性质(以下简称：钛合金)