TC4钛合金板材电子束焊接疲劳性能

研究了不同工艺电子束焊接TC4钛合金板材的疲劳性能及断口金相组织。结果表明:工艺为V=150kV、If=366mA、v=600mm/min、Ib=69mA的试样焊缝的疲劳性能最好;气孔和冷隔作为应力集中源起作用而易成为裂纹源;焊缝及母材断口均由小断块组成,断块上有典型的疲劳辉纹;工艺为V=90kV、If=1654mA、v=600mm/min、Ib=51.1mA和V=150kV、If=342mA、v=200mm/min、Ib=29mA的试样焊缝疲劳辉纹间距较母材大,即扩展速率较母材快,疲劳性能不如母材;焊缝柱状晶内的网篮状马氏体组织越粗大,裂纹扩展性能越差;裂纹的扩展方式主要是穿晶断裂,相邻柱状晶内的网篮状组织取向差别太大,穿晶扩展受阻,裂纹便改沿晶扩展。     

TC4钛合金焊接接头组织不均匀性与疲劳性能

对TC4钛合金电子束焊接四种典型熔凝区形状(钉形、漏斗形、楔形和钟罩形)焊接接头的微观组织进行了观察分析,并采用多晶局域梯度模型表征焊缝组织不均匀性,通过疲劳实验,建立焊接接头的组织不均匀性和疲劳性能的关系。结果表明:焊缝上端纵向柱状晶长度尺寸梯度变化较大的楔形形貌焊接接头疲劳寿命较低,梯度变化较小的钟罩形焊缝形貌接头疲劳寿命较高;疲劳裂纹多萌生于横向区域硬度梯度变化较大的热影响区和熔合线区域。     

钛合金电子束焊接接头力学性能研究

对锻造TC4电子束焊接接头进行显微硬度实验和室温拉伸实验，结果表明焊接接头由三部分组成，分别为焊缝、热影响区以及基体，这三部分结构的硬度和抗拉强度依次递减。根据试验数据建立并验证了TC4电子束焊接接头硬度与抗拉强度的关系模型，模型与实验的误差在2％左右，为根据硬度估算强度提供了一定参考。     

33mm厚TC4锻件电子束焊接接头组织与性能

对33 mm厚TC4锻件进行了电子束焊接试验,在合适的工艺参数下得到了无内部缺陷、正反面成形良好的接头。室温下对该接头的显微组织、显微硬度和力学性能进行了测试。结果显示,焊缝处、热影响区组织主要是由β转变基体和α'形成的马氏体组织,焊缝处晶粒粗大,热影响区处马氏体细小分布不均;焊缝处硬度略低于母材处硬度,接头整体硬度分布均匀,无明显弱化区域;接头焊缝处屈服强度略低于母材,抗拉强度达到956 MPa,焊缝处冲击值KV2达到56 J,焊缝具有良好的韧性。     

超窄间隙激光焊接TC4钛合金接头组织及性能研究

以TA2为焊丝,采用超窄间隙激光焊接方法焊接了10 mm的TC4钛合金板,间隙为2 mm。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机分析了TC4钛合金接头的组织与性能。结果表明,选取合适的工艺可以实现TC4钛合金超窄间隙激光填丝焊接,获得无缺陷的焊接接头。接头由母材、热影响区、熔合区、焊缝组成,界线清晰。其中热影响区为网篮状组织,焊缝由大β晶粒组成,大晶粒内部为杂乱的α+α′相针状组织,热影响区晶粒明显细化。由于超窄间隙的啮合效应,接头最大抗拉强度为893 MPa,达到母材的84.7%,断裂位置在焊缝中心。焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,且在热影响区的显微硬度最大,接头整体显微硬度呈马鞍状分布。     

乙醇对TC4钛合金超高周疲劳性能的影响

利用超声疲劳试验方法分别对室温下医用酒精(体积分数75%)中浸泡5min、医用酒精浸泡5min后再在生理盐水中浸泡24h、直接在生理盐水中浸泡24h、分析纯乙醇(体积分数99.9%)中浸泡6h、医用酒精中浸泡6h等处理条件下退火态Ti6Al4V(TC4)钛合金的超高周疲劳性能进行了研究,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察疲劳断面形貌,分析了TC4钛合金的疲劳断裂特性。结果表明:在104~109周次范围内,经医用酒精处理后TC4钛合金的S-N曲线呈现一次阶梯下降型,而未用医用酒精处理的TC4钛合金的S-N曲线呈现缓慢下降型;在300~700 MPa应力范围内,医用酒精浸泡过的TC4钛合金试样疲劳寿命快速下降;医用酒精处理后的TC4钛合金的超高周疲劳断裂全部从表面发生、断面较光滑且瞬断区面积占比极小,不同于未接触医用酒精的TC4钛合金试样的穿晶塑性断裂。     

钛合金焊接接头超长寿命疲劳特性研究

本文针对TC4钛合金焊接接头试件进行了超声疲劳实验,研究其在高频低幅载荷作用下的超高周疲劳行为,整个实验在室温条件下进行,应力比R=-1.通过实验得到了TC4焊接接头试件在107～109周次范围内的疲劳寿命S-N曲线,发现其呈连续下降趋势,当循环周次超过107周次以后,材料仍然会发生疲劳破坏,断面出现在焊接缝中央或热影响区,呈现脆性断裂的形式,不存在传统意义上的疲劳极限.对比TC4母材实验数据发现,在相同疲劳寿命的条件下,焊接接头试件疲劳强度相比母材下降了70％左右.试件断口表面的SEM电镜扫描分析结果显示疲劳裂纹均起源于焊接过程引起的气孔、夹杂等缺限处.     

TC4钛合金薄板激光焊接头疲劳性能研究

研究了TC4钛合金薄板母材及其激光焊接头的拉伸和疲劳性能.结果表明:与母材相比激光焊接头的强度升高,延伸率下降;拉伸试样均断在母材.激光焊接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,而在高应力水平时低于母材.在疲劳扩展区,母材为韧性穿晶断裂,熔合区则呈现出韧性和脆性相混合的断裂形貌;在瞬断区,母材由等轴韧窝组成,而熔合区主要为粗大的穿晶解理平面.     

不同热处理对TC4钛合金电子束焊接接头组织与性能的影响

对分别处于退火和固溶时效态的TC4钛合金进行电子束焊接,焊后进行不同热处理。采用光学显微镜和X射线衍射的分析方法对这两种TC4钛合金焊接件母材、热影响区及焊缝的显微组织及相组成进行了观察和分析,同时对其进行了室温拉伸和冲击试验。结果表明,同种电子束焊接工艺经过不同焊前及焊后热处理,各区域组织明显不同,由此导致了退火态焊接件抗拉强度低于固溶态焊接件,冲击性能略高于后者,同时这两种焊接件的抗拉强度及冲击性能均高于母材。     

Al-Zn-Mg合金焊接接头性能分析

对研制的Al-Zn-Mg合金和焊丝施焊后的焊接接头进行了宏、微观组织分析以及力学性能测试。结果表明,焊接系数可达76．6％。焊接接头最薄弱的环节是焊缝区,其次是焊接热影响区的软化区。提高焊接接头的力学性能关键是焊丝成分进一步优化。另外,焊接接头留有余高可以在一定程度上提高其承载能力。     

CONSIDERATIONS OF THE EFFECT OF RESIDUAL STRESSES ON FATIGUE OF WELDED ALUMINIUM ALLOY STRUCTURES

A new class of large, high-speed seagoing ferry-boat is under development for service around the world. The ships, which are built entirely of aluminium-alloy plate and stiffeners, show a propensity for fatigue cracking of the welded structure. Cracks may occur in both the hulls and the superstructure early in their 20-year service life. Early appearance of fatigue cracks is shown to result from the combined stress and strain fields set up in weld zones by the static residual stresses and cyclic loads, beyond the effects of weld and detail geometry.  A numerical example demonstrates that conventional methods of fatigue analysis overestimate the lifetime of the welded aluminium structure, while damage tolerance analysis based on fracture mechanics leads to improved prediction.     

钛合金高温疲劳性能的试验研究

开展了钛合金材料高温疲劳试验研究。试验共设计3种工况,即:200℃,0.5kN-22.5kN-0.5kN力加载循环;300℃,0.5kN-22.5kN-0.5kN力加载循环;200℃,0.5kN-30kN-0.5kN力加载循环,每种工况下分配试样数为5个~7个。引入\     

两种含氢钛合金的疲劳断裂特性

对含氢的两种新型钛合金Ti 4Al 2V和Ti 2Al 2 .5Zr拉 拉疲劳断裂特征进行了金相和断口观察。当材料承受大应力疲劳加载时 ,两种钛合金断口形貌除可见到疲劳弧线外 ,与静拉伸断口类似 ,氢含量不同对疲劳断口形貌的影响很小。充氢以后 ,疲劳载荷越低 ,裂纹源越多。不充氢的角裂纹通常以穿晶方式萌生 ,而充氢的角裂纹一般以准解理方式形核。Ti 4Al 2V在裂纹扩展区可见大量清晰的疲劳辉纹 ,而Ti 2Al 2 .5Zr的疲劳辉纹很少 ,且疲劳辉纹的间距比Ti 4Al 2V小得多。面裂纹一般在氢化物位置形核 ,然后穿晶扩展 ,具有沿晶和穿晶混合形貌。氢化物的含量越大 ,萌生面裂纹的几率越大     

A STUDY ON THE CHANGE OF FATIGUE FRACTURE MODE IN TWO TITANIUM ALLOYS

The appearance of the fatigue fracture surface and crack growth curve have been examined for a Ti–2.5Cu alloy with different microstructures (two equiaxed and two lamellar microstructures), and for TIMETAL 1100 with a lamellar microstructure. With increasing Δ K , a slope change in the crack growth curve correlates with a transition in the fracture surface appearance (induced by a fracture mode transition); this being found in each microstructure. The microstructure size that controls the fatigue fracture is found to be the grain size for equiaxed microstructures and the lamella width for lamellar microstructures. The transitional behaviour can be interpreted in terms of a monotonic plastic zone size model in microstructures having a coarse microstructure size and in terms of a cyclic plastic zone size model for microstructures having a fine microstructure size.     

LD10铝合金疲劳裂纹扩展速率的研究

用三点弯曲多试样方法研究了LD10铝合金的疲劳裂纹扩展速率规律,从而为装备的安全可靠性提供数据依据,利用这些数据可以评估在役装备的剩余寿命。     

钛合金平板电子束焊接残余应力的小孔法测量

采用小孔法对TC11平板真空电子束焊接接头的残余应力进行了测量,结果发现,其残余应力为以纵向残余应力为主的单向拉伸应力状态,横向残余应力数值较小,同时还将测量结果与有限元结果进行对比分析,证明了有限元模型的合理性和可靠性。     

基于疲劳寿命计的疲劳状态诊断方法研究

结构的疲劳状态诊断是指在疲劳载荷作用过程中，在结构丧失承载能力之前，对结构的损伤和承载性能的变化的检验和评估。利用自行研制的疲劳寿命计作为传感元件，对某结构进行了疲劳损伤状态的诊断的研究。研究结果表明，疲劳寿命计在疲劳载荷的作用过程中产生稳定的电阻变化，可以通过该电阻变化表示疲劳进程，并以此建立等幅加载和非等幅加载条件下的对应关系，诊断其疲劳状态。     

MECHANISTICALLY BASED MODELS FOR THE PREDICTION OF FATIGUE DAMAGE IN A BETA TITANIUM ALLOY

This paper presents the results of recent studies of the micromechanisms of room temperature fatigue damage elucidated in a metastable beta Ti15V3Cr3Al3Sn alloy. The fatigue damage mechanisms observed include: grain boundary sliding, crack initiation/propagation, and crack coalescence prior to the onset of catastrophic failure. Mechanistically based models are presented for the prediction of fatigue damage (plasticity and cracking). The models are based on fracture mechanics idealizations of the complex damage modes observed during fatigue experiments, in which acoustic emission signals were collected from deformed sections. Following appropriate noise filtration and careful analysis of the detected acoustic emission signals, the number of counts due to cracking is shown to represent a scalar measure of damage. A modified power law expression (modified Paris law) is also proposed to describe the relationship between the cracking count rate and the effective stress intensity factor. Estimates of the fatigue lives are obtained by integrating between appropriate limits, after the separation of variables in the modified Paris law expression. The measured and predicted fatigue lives were generally in good agreement.