高载荷条件下TC17钛合金低周疲劳和保载疲劳损伤行为研究

研究了高应力水平下不同加载波形对TC17钛合金疲劳损伤的影响,结果表明,对于在峰值应力处保载120S的加载波形,TC17钛合金的保载疲劳寿命低于无保载加载波形试验的寿命,在相同的保载疲劳条件下,片层组织的保载疲劳敏感性较等轴组织的疲劳敏感性低。断口分析表明,保载疲劳试样裂纹源出现在样品表面和亚表面处,常规疲劳试样裂纹源出现在试样表面处,保载疲劳断口较常规疲劳断口附近小平面平坦,保载条件并未从根本上改变断裂模式。     

加载波形对Ti-60合金疲劳损伤行为的影响

研究了高应力水平下加载波形对Ti-60高温钛合金疲劳损伤行为的影响.结果发现:对于在峰值应力处保载2 min的加载波形,试样的疲劳寿命明显低于无保载的加载波形的试样的寿命;在保载疲劳条件下,单位循环周次内材料的疲劳变形明显增大.SEM观察表明,在保载波形下,疲劳源出现在样品内部,而无保载的加载波形下疲劳裂纹源于样品次表面.TEM观察表明,在两种疲劳加载条件下,都有( 011)滑移系启动.     

初生 α 相对Ti6242s合金在保载疲劳载荷作用下微区塑性变形的影响

分析Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si(Ti6242s)合金的组织特征和疲劳性能的关系。微观组织定量分析结果显示,不同温度固溶处理对初生α相的比例和形貌有明显影响,这些微观结构特征的变化对Ti6242s合金的室温拉伸性能和低周期疲劳性能有轻微的影响,但是对室温保载疲劳和保载疲劳敏感性有明显影响。随后分析证实了Ti6242s合金在保载疲劳载荷作用下存在相对较强的应力集中和不均匀微区塑性变形情况。而且,通过对疲劳失效断口形貌分析也证实了Ti6242s合金在室温保载疲劳下形成小平面特征和附近的准解理断裂区域特征,相关测试结果恰好对应等轴初生α相和附近的软相/软晶粒的微观组织应力应变分布表征结果。因此,在具有较低体积分数等轴初生α相的合金中形成相对较低程度的微区不均匀塑性变形,有助于降低裂纹萌生的概率并延迟裂纹扩展,从而改善保载疲劳性能。     

中温高强TC11和TC19钛合金锻件组织与性能研究

针对航空发动机压气机整体叶盘等部件所使用的TC11、TC192种中温高强钛合金锻件，基于其各自典型使用状态，开展了组织形貌和不同条件下拉伸性能、冲击韧度以及保载/无保载条件下低周疲劳性能的对比分析研究。结果表明：TC11钛合金锻件呈现典型的双态组织，TC19钛合金锻件呈现全片层网篮组织；TC19钛合金锻件在100～400℃下的拉伸强度明显优于TC11钛合金锻件。TC19钛合金锻件的高温缺口冲击韧度值明显高于TC11钛合金锻件，在100℃和855 MPa峰值应力载荷下，TC19钛合金锻件的保载和无保载疲劳寿命均明显高于TC11钛合金锻件，且2种合金均存在一定的保载效应。     

DZ125定向凝固合金疲劳-蠕变性能与寿命预测研究

对DZ125合金分别进行了980℃的无保载（PP型）、压缩保载（PC型）、拉伸保载（CP型）和拉伸一压缩都保载（CC型）应变控制的疲劳一蠕变试验研究。试验结果表明：在980℃下,PP型载荷形式下该材料的循环应力响应行为不明显。CP型、PC型和CC型载荷形式下该材料表现出明显的循环软化现象,循环应力响应行为与应变水平有明显的相关性。在相同的总应变范围下,疲劳寿命存在NPP〉NCPP〉NPC〉NCC的关系,疲劳寿命的差别在应变水平越低时越明显。对DZ125合金疲劳一蠕变寿命预测研究发现：三参数能量方法的寿命预测结果无论是从标准差,还是分散带角度都明显比应变范围区分法的寿命预测精度大大提高。     

预载、加载、保载时间与洛氏硬度值关系的探索

针对标准中对硬度测试过程的预载、加载、保载时间的规定,分别设计不同的预载、加载和保载时间的组合,旨在了解不同的组合是否对试验室常用的两种洛氏硬度标尺的试验数据有影响。本试验选用了试验室能取到的三种不同大小的硬度试样,分别进行不同时间组合的HRB和HRF测试,通过对试验数据的汇总、分析和比较,发现在没有预载的情况下,洛氏硬度的试验结果受加载和保载时间影响较大;有预载时,加载、保载时间的长短对试验结果影响不大。     

钛合金深潜器载人舱疲劳寿命预报方法研究进展

对钛合金载人舱的结构形式、材料特性、载荷历程进行了描述,重点介绍了考虑载荷循环和保载特性下的Ti-6Al-4V ELI合金蠕变-疲劳寿命预报模型的研究进展,以及基于这些模型的可靠性评估方法,为提出一个合理的钛合金球壳剩余极限强度随时间的衰减规律的分析方法奠定基础。     

基于ABAQUS/FE-SAFE的TC4钛合金板材疲劳寿命仿真与实验

目的建立钛合金材料的疲劳寿命预测模型,并通过实验研究验证此模型在预测滚磨光整加工后钛合金材料疲劳寿命的可行性。方法采用有限元软件ABAQUS和疲劳分析软件FE-SAFE,通过有限元仿真和多元正交回归实验的方法,研究了粗糙度以及残余应力对TC4钛合金疲劳寿命的影响规律。结果拟合出疲劳寿命与粗糙度以及残余应力的关系方程式,进而通过实验验证了仿真结果以及公式的正确性。结论滚磨光整加工后,表面粗糙度R_z值由加工前的3.16变为1.69,残余应力由拉应力50 MPa变为压应力-228 MPa,疲劳寿命从加工前的28 083次提高到39 510次,提高了40.6%,实验结果与仿真结果相比,误差在5%左右,证明仿真结果的可行性,为滚磨光整加工钛合金提供了疲劳寿命预测模型。     

AZ31B/TA15异种材料电阻点焊接头的疲劳寿命预测

对镁合金AZ31B/钛合金TA15异种材料电阻点焊拉剪接头进行了恒幅疲劳测试,并使用扫描电镜观察了疲劳断口特征.在实验中观察到,在不同的载荷水平下,试件有两种失效模式.在实验结果的基础上,对点焊试件建立有限元模型,分析了焊点附近的弹塑性应力应变.进而分别应用缺口应力法和局部应力应变法预测点焊接头的疲劳寿命,并与实验寿命...     

TA15钛合金喷丸强化

为研究喷丸工艺对钛合金材料的强化效果,对TA15钛合金进行喷丸强化实验,并分别在手持式粗糙度仪和液压伺服疲劳试验机上测试了材料强化后的疲劳寿命及表面粗糙度。研究发现,喷丸强化能提高TA15钛合金的疲劳寿命,在弹丸S280、喷丸强度0.15mmA～0.2mmA条件下,可获得相对最好的疲劳性能。强化后的试样表面粗糙度与疲劳寿命的关系表明,较好的表面粗糙度可以获得较高的疲劳寿命,说明表面粗糙度是影响TA15钛合金材料疲劳寿命的因素之一。研究结果对TA15钛合金材料的喷丸强化工艺设计,具有指导作用。     

驻留时间和加载速率对无铅焊点低周疲劳行为的影响

在25 ℃下利用单轴微力疲劳试验机对96.5Sn-3Ag-0.5Cu无铅焊点进行不同驻留时间(1~20 s)和不同应变速率(0.01~0.08 mm/s)条件下的低周疲劳试验. 结果表明,在25 ℃下1~20 s的驻留时间对焊点的疲劳寿命影响不大;随着应变速率的加快,焊点的疲劳寿命逐渐降低,断裂机制逐渐由延性断裂向脆性断裂转变. 不同应变速率条件下的疲劳裂纹主要在焊点边缘钎料与金属间化合物(IMC)之间的界面处萌生,并在近IMC层的钎料内扩展. 焊点断口主要分为:裂纹扩展区和最终断裂区.     

拉保持对316L奥氏体不锈钢焊接接头低周疲劳循环应力响应及损伤机制的影响

在873 K温度下对316L奥氏体不锈钢母材和焊缝分别进行连续和拉保持低周疲劳试验,使用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)对试样位错微观结构和裂纹扩展形貌进行观察,分析拉保持对母材和焊缝低周疲劳循环应力响应及损伤机制的影响.结果表明,母材在连续和拉保持低周疲劳试验初期都发生循环硬化,焊缝在连续低周疲劳试验中发生连续循环软化,而在拉保持试验后期则出现明显循环稳定阶段;母材和焊缝试样拉保持低周疲劳寿命低于其连续低周疲劳寿命;母材和焊缝在连续低周疲劳试验中裂纹主要以穿晶方式扩展,而在拉保持试验中焊缝是以沿晶或混合方式扩展.     

应变幅和保持时间对C-276合金低周疲劳寿命的影响

研究了保持时间和应变幅对C-276合金650℃下的低周疲劳寿命的影响。测试中采用应变幅为0.3%,0.35%,0.4%,0.45%和0.5%,保持时间为0,30和60s的梯形波轴向总应变控制疲劳实验,并利用扫描电镜(SEM)观察了合金在各实验条件下的断口特征。结果表明,在同一保持时间下,随着应变幅的增加,裂纹扩展速率增大,疲劳寿命降低。而保持时间的引入对疲劳寿命的影响则与应变幅的大小有关:在较低的应变幅(0.35%~0.4%)下,引入保持时间,造成疲劳裂纹扩展速率增大,并且有微裂纹和空洞形成,在两者的共同作用下使疲劳寿命降低;在较高的应变幅(0.45%~0.5%)下,引入保持时间,造成微裂纹和空洞的焊合,使疲劳寿命不降反升。     

Prediction of Cold Dwell-Fatigue Crack Growth of Titanium Alloys

The dwell effect of the material can reduce the fatigue lives of titanium alloys at room temperature. A unified fatigue life prediction method developed by the authors' group is modified in this paper to predict dwell-fatigue crack growth taking into account the effects of dwell time and maximum stress. The modified model can be successfully used to predict the crack growth rate and calculate the fatigue life of different titanium alloys under pure fatigue and dwell-fatigue conditions. It is validated by comparing prediction results with the experimental data of several titanium alloys with different microstructures, dwell time, hydrogen contents, stress ratios and stress levels.     

Effect of dwell condition on fatigue behavior of a high-Nb TiAl alloy at 750 °C

The strain-controlled low cycle fatigue (LCF) and creep-fatigue interaction (CFI) tests of a newly developed Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.02Y (at.%) alloy were carried out at 750 °C in air. The hysteresis loop, cyclic stress response and life modeling as well as failure mechanism of the alloy were investigated in detail. It was revealed that the tensile and compressive mean stresses would generate when the dwell condition was introduced at minimum and maximum strain, respectively. In addition, the dwell condition, especially for the compressive dwell condition, would significantly decrease the fatigue life. The typical continuum damage accumulation(CDA) and modified CDA life models proposed in the present study were employed to predict both LCF and CFI life of the alloy, which showed that the modified CDA life model had a higher accuracy than the typical CDA life one. Moreover, only single crack initiation source was observed at 92% (i.e. 11/12) of LCF fracture while multiple crack initiation sources at 84% (i.e. 31/37) of CFI fracture. Apparently different from LCF specimen showing more transgranular appearance, CFI specimen shows more intergranular appearance.     

金属材料超高周疲劳失效的基本特征

随着工业技术水平和金属材料强度的提高,超高周疲劳已经成为工程部件失效的新问题,超声疲劳试验是目前研究金属材料的超高周疲劳性能的主要方法.对金属材料超高周疲劳失效的基本特征进行了总结分析.超高周疲劳的S-N曲线一般分为3种形态特征:持续下降型、阶梯下降型和传统无限寿命型;裂纹萌生的位置与金属材料的种类、夹杂物的尺寸和残余...     

医用金属材料腐蚀疲劳性能研究进展

结合文献和课题组的研究,对医用金属材料腐蚀疲劳性能的研究进展进行了总结,分别从腐蚀疲劳的危害性、分类、设计、控制等几个方面进行了阐述。腐蚀疲劳失效首先发生于材料表面,医用材料-生理环境的界面对于植入器械手术成功与否有着至关重要的作用,可以根据裂纹扩展速度曲线特征,将腐蚀疲劳分为三类。医用金属材料的腐蚀疲劳性能研究应考量其服役环境进行设计,可以通过表面处理、合金化等方法改善医用金属材料的腐蚀疲劳性能。医用金属材料腐蚀疲劳性能研究的一些基础问题仍待解决：医用金属材料在微生物参与下的腐蚀疲劳行为及其相关机制亟待阐述;医用金属材料的微生物腐蚀疲劳研究是一个系统、长期、复杂的过程,需要合理地建立实验模型,将三维有限元与传统实验方法有机结合,进一步指导医用金属材料相关器械的设计;新的合金成分设计、新的加工制造方式所获得的新型合金生理环境下的腐蚀疲劳性能,其相关数据亟待完善,这关系到新型医用金属材料长期使用的生物安全性问题,亟需开展大量的基础研究工作。在综合评述医用金属材料腐蚀疲劳性能研究现状的基础上,对医用金属腐蚀疲劳在学科交叉研究和新材料基础研究方面的发展趋势进行了展望。     

保温时间对0．98（K0．5Na0．5）NbO3-0．02LaFeO3陶瓷电性能的影响

研究保温时间对0．98（K0.5Na0.5）NbO3-0．02LaFeO3（缩写为0．98KNN-0．02LF）无铅陶瓷相结构、显微组织、介电性能及铁电性能的影响。所有烧结样品均为纯的伪立方钙钛矿相,保温时间对相结构影响不大。随着保温时间的延长,样品的XRD衍射峰逐渐增强,并且向低角度移动。SEM观察结果显示,随着保温时间的延长,陶瓷样品的致密性提高,晶粒异常长大并出现孪晶结构。介电温谱表明,随着保温时间的延长,介电性能有所降低。电滞回线结果表明,2Pr随着保温时间的延长而增大的程度有所减小,而2E略有增加。在1150℃烧结2h得的到陶瓷的性能较优：εr=2253,tanδ〈5％,2Pr=34．51μC／cm2,2Ec=5．07kV／mm。     

航空航天铝合金腐蚀疲劳研究进展

铝合金因具有高的比强度、比模量,好的加工性能及焊接性能,在航空航天领域应用广泛.而腐蚀疲劳是造成航空航天材料失效的重要原因之一,因其危害性高、破坏性强且难以提前预测等特点,受到了广泛关注.铝合金腐蚀疲劳问题一直是飞机日历寿命研究中的重点问题,随着可重复使用航天器理念的提出,多次空天往返和地面修复过程也使腐蚀疲劳问题在可重用航天器上不可忽视.综述了近年来航空航天铝合金腐蚀疲劳的研究现状,从航空铝合金腐蚀疲劳机理的角度,归纳了腐蚀疲劳裂纹萌生和扩展机制.从腐蚀疲劳环境模拟和腐蚀环境等效两方面,介绍了目前主要的实验室腐蚀疲劳试验技术.分别从材料因素、环境因素和力学因素,分析对腐蚀疲劳裂纹扩展及寿命的影响.重点关注了腐蚀疲劳交替形式下疲劳寿命的特点.提出了在多因素共同影响下的腐蚀疲劳裂纹扩展、损伤演化和寿命预测,以及加速腐蚀环境的当量等效.试验与模拟的有机结合,是今后铝合金腐蚀疲劳的重要发展方向.