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对TC21钛合金进行电子束焊接试验，通过光学显微镜和透射电子显微镜(TEM)对焊缝内不同特征区域的精细显微组织进行分析，并对各个区域的显微硬度进行测量。结果表明:TC21钛合金在焊接过程中，焊缝区和热影响区Ⅰ、Ⅱ区内发生了马氏体转变，由针状马氏体α相和残余β相组成。热影响Ⅲ区只发生了α相向β相的转变。马氏体转变量与接头不同区域的降温速率有关，焊缝区内马氏体数量最大，尺寸最大，马氏体强化效果最明显，显微硬度最高。而在热影响Ⅲ区内无马氏体强化效果，且β相数量增多，硬度低于母材的，发生软化。