Ti-6Al-4V合金的疲劳性能

简要综述了Ti-6Al-4V合金的显微组织和织构对其疲劳性能的影响及其机理.     

微量氢对电子束焊接Ti-6Al-4V钛合金疲劳寿命的影响

对Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接试样进行高温气体渗氢,研究了置氢对显微组织形态的影响,并对微量氢对Ti-6Al-4V疲劳寿命的影响进行考察。显微组织研究结果表明:置氢浓度低于0.120 wt%时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物;位错在次生的α、β相区聚集,α/β相界往往是裂纹萌生的根源。疲劳实验结果表明:随置氢浓度的增加,疲劳寿命大幅下降;这是由于微量氢的存在降低了Ti-6Al-4V的韧性,并加速疲劳裂纹的扩展,从而降低了疲劳寿命。     

铸造Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

通过铸造Ti-6Al-4V合金疲劳性能试验,绘制出了铸造Ti-6Al-4V合金在不同应力比下裂纹扩展速率da／dN-△K曲线。根据logda／dN和log△K的拟合曲线方程,计算出Paris公式下材料常数c、n值。经SEM对铸造Ti-6Al-4V疲劳断口进行分析,发现随着应力比R的增大,疲劳条带越宽,裂纹扩展速率越大。     

Ti-6Al-4V合金锭的电子束冷床炉熔炼

1998年 ,东邦钛公司在日立工厂安装了 2 0 0 0kW电子束冷床炉 (EBCHM ) ,这是日本国内首台专用于钛熔炼的电子束冷床炉 ,已经开始熔炼纯钛 ,以生产薄板、厚板、棒材等 ,原料主要用海绵钛、车屑及各种钛残料的混合料 ,铸型为 6 75mm×1370mm ,70 0mm× 10 0 0mm 2种四角型水冷铜坩埚 ,铸锭重量分别为 10t和 8 5t。EBCHM炉由于Al等元素与钛的蒸气压差异大 ,因此 ,成分控制困难 ,过去没有用于钛合金的熔炼。但EBCHM炉能充分利用残料 ,有效防止高密度夹杂 ,凝固偏析小 ,铸锭质量好 ,为此 ,东邦钛公司从2 0 0 1年开始着手开发用于钛合金的…     

显微组织对Ti-6Al-4V ELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响。用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析。采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率。通过Origin 6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率（△a／△N）与应力强度因子幅△K的关系曲线。结果表明：在Pairs区范围内，疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感，而在近门槛区和快速扩展区，裂纹扩展速率对组织比较敏感；在本实验研究的条件下，细针编织状魏氏组织的da／dN〈平直状片层组织的da／dN〈双态组织的da／dN。     

电子束焊接Ti-6Al-4V合金的准静态和动态拉伸行为

利用传统拉伸试验机和霍普金森（Hopkinson）拉杆实验装置研究电子束焊接的Ti-6Al-4V合金在应变率为10-3和103s-1时的准静态和动态拉伸行为,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察基体材料和焊缝材料的微观组织,研究基体材料和焊接材料在拉伸实验后的断裂特征。结果表明：在应变率分别为10-3和103s-1的条件下,焊缝材料的强度明显高于基体材料,焊缝材料的伸长率低于基体材料。同时,焊缝材料和基体材料均为应变率敏感材料;当应变率从10-3上升到103s-1时,焊缝材料的伸长率明显提高,而基体材料的伸长率基本没有变化;焊缝材料的断裂模式由脆性断裂转向韧性断裂,造成从准静态加载条件到动态加载条件下焊缝材料伸长率的提高。     

电子束焊接热输入对Ti-6Al-4V组织结构的影响

利用SEM、TEM和显微硬度等方法对TC4的接头焊缝区域进行了分析。结果发现焊接热输入能量的大小与分布模式对焊缝晶粒尺寸有重要影响,焊接热输入为48.0 kJ/m表面聚焦模式时,焊缝组织较为均匀,晶粒尺寸为350 μm。随着焊接热输入的逐渐增大,焊缝结晶形态由等轴晶向柱状形态演化,粗大的针状α+β相和马氏体α'相从单向长针状转换为多向短针状。电子束的热输入模式亦对焊缝金属中的位错分布及形态有较大影响,随着热输入的增大,焊缝中产生的位错密度逐渐增大,但与母材相比仍然较少。焊缝处显微硬度随电子束焊接热输入模式的不同会有明显的变化,这可能与焊缝中形成针状α+β相的形态及分布方式有关。焊接热输入为48.0 kJ/m表面聚焦模式时显微硬度的分布较为均匀化(404-480HV)。     

热循环对Ti-6Al-4V合金显微组织与疲劳性能的影响

对Ti-6Al-4V轧制板材依次进行了920_oC, 800_oC, 850_oC, 900_oC四次热循环,研究了材料在每次热循环后的显微组织及微观织构的演变,并对热循环前后的拉伸和旋转弯曲疲劳性能进行了比较。结果表明,原材料中存在的长条a相发生再结晶后趋于等轴化,其组织不均匀性在920_oC,800_oC两次热循环后得到根本性改善,再经历850_oC, 900_oC两次热循环后,初生a相进一步等轴化并稍有长大,其体积分数维持稳定。原材料具有较强的横向织构,有多个平行于轧制方向的宏观带存在,导致了轧向的疲劳性能优于横向,中值疲劳极限分别为497MPa/474MPa。热循环后横向织构强度有所减弱,并且出现了一定程度的(0001)基面织构。经历4次热循环后,材料的显微组织发生粗化,拉伸强度降低了约20MPa,轧向/横向的中值疲劳极限下降至441MPa/441MPa。     

电子束焊接热输入对Ti-6AI-4V组织结构的影响

利用SEM、TEM和显微硬度等方法对TC4的接头焊缝区域进行了分析。结果发现焊接热输入能量的大小与分布模式对焊缝晶粒尺寸有重要影响，焊接热输入为48．0kJ／m表面聚焦模式时，焊缝组织较为均匀，晶粒尺寸为350μm。随着焊接热输入的逐渐增大，焊缝结晶形态由等轴晶向柱状形态演化，粗大的针状α β相和马氏体α‘相从单向长针状转换为多向短针状。电子束的热输入模式亦对焊缝金属中的位错分布及形态有较大影响，随着热输入的增大，焊缝中产生的位错密度逐渐增大，但与母材相比仍然较少。焊缝处显微硬度随电子束焊接热输入模式的不同会有明显的变化，这可能与焊缝中形成针状α β相的形态及分布方式有关。焊接热输入为48．0kJ／m表面聚焦模式时显微硬度的分布较为均匀化(404-480HV)。     

Process modeling for electron beam welding of Ti-6Al-4V

Using ANSYS software, a finite element model for electron beam welding of 14.5 mm thick Ti-6Al-4V alloy plate is developed by a sequentially coupled thermal-mechanical analysis method. For the purpose of model validation, welding trial is carried out. Meanwhile, fusion zone dimensions and residual stresses are measured. The fusion-boundary profile is reproduced accurately by using a conical volume heat source model. The predicted residual stresses are in reasonable agreement with the results determined by the hole-drilling method. Through the analysis of predicted residual stresses, it is found that the normal residual stress in the interior of plate can not be negligible and the maximum value of three dimensional residual tensile stresses arises at 10.15 mm depth in the weld zone.     

TI-6Al-4V钛合金电子束焊接有限元分析

采用有限元方法模拟分析了厚6 mm的Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接过程,计算研究了瞬态温度场的分布特点、规律及特征点的温度变化历程,在准确计算焊接温度场的基础上通过热-应力顺序耦合,模拟计算了Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接头的应力场的分布特征.结果表明:模拟计算的焊缝形貌与实际焊接试验所得基本吻合,焊接温度场整...     

Investigation of fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V during tensile-tensile fatigue

Fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V has been investigated in high cycle fatigue (HCF) and low cycle fatigue (LCF) regimes at stress ratio R=0.1 using the replication technique. In all four tested α/β microstructures, the crack was initiated by fracture of equiaxed alpha grain. Fractured alpha grains are seen on the fracture surface as flat facets with features characteristics of cleavage fracture. In the regime of low stress amplitudes and in the absence of reverse loading, cleavage fracture contributes to crack initiation and early stages of crack growth in Ti-6Al-4V. This mechanism is discussed in relation to the anomalous mean stress fatigue behavior exhibited by this alloy.     

电子束扫描对Ti-6Al-4V合金焊缝金属组织的影响

针对钛合金焊缝金属易形成粗大柱状晶严重影响其性能的特点，利用电子束扫描焊接，对Ti-6Al-4V合金焊缝金属凝固组织及微观组织进行了研究。结果表明，当电子束扫描频率为0-200Hz时，焊缝凝固组织均为300μm以上粗大柱状晶；当电子束扫描频率为300-1000Hz时，焊缝凝固组织细化为100-300μm等轴晶。其中扫描频率为400Hz时，焊缝金属凝固组织得到最佳细化效果，晶粒尺寸为100μm，同时焊缝金属微观组织均匀细小，并分析了有关细化机理。     

Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲TIG焊

进行了Ti-6Al-4V钛合金超音频脉冲氩弧焊(U-TIG)与传统TIG焊,利用X射线探伤检测接头质量,金相显微镜和SEM观察接头组织和断口,利用万能试验机测试接头拉伸性能.结果表明,U-TIG焊能减少焊缝气孔;随着加入脉冲频率的增加,U-TIG焊焊缝组织细化、等轴化,当脉冲频率为45kHz时,晶粒细化效果最好;随着脉冲频率的提高,接头抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均有所提高;常规TIG与U-TIG焊接头断口均为准解理断裂机制,但U-TIG断口枝晶破坏痕迹已不明显.     

Ti-6Al-4V线性摩擦焊实验研究

线性摩擦焊接作为一种先进的固态连接技术,凭借其高效、优质的特点正逐渐引起人们的重视。尤其是在高推重比飞机发动机整体叶盘制造与维修领域,它已经成为最经济、实用的加工技术之一。以航空工业中广泛应用的Ti-6Al-4V合金为实验材料,进行了线性摩擦焊的实验。描述了线性摩擦焊接工件飞边的宏观形态,得出了金属挤出物的规律。初步分析了典型工件焊缝区和热影响区的显微组织。结果表明,焊缝区为高度弥散的网状组织,热影响区为拉长的α相晶粒夹杂着破损的β相晶粒。