The turning point in Paris region of fatigue crack growth in titanium alloy

通过对比钛合金不同显微组织下疲劳裂纹扩展速率Paris区转折点的位 置, 发现原始β晶粒尺寸是影响Paris区转折点位置的主要因素, 晶 团尺寸以及片层厚度对转折点位置没有影响. 并且通过分析转折点前、后 疲劳裂纹扩展微观阶段的转变及断裂方式变化, 得出转折点的出现是 疲劳裂纹尖端塑性区尺寸超过晶粒尺寸所致. 具有β晶粒的马氏体组 织疲劳裂纹扩展速率Paris区并不存在转折点, 说明转折点的出现不仅仅是 由于原始β晶粒的存在, 还和显微组织类型有关. 通过分析还发现, 钛合金片层组织中裂纹尖端塑性区实际尺寸大于计算得到的单向塑性 区尺寸以及循环塑性区尺寸.     

钛合金β晶粒生长规律及晶粒尺寸对损伤容限性能的影响

分别对α+β两相区及β单相区锻造的TC4合金在相变点以上温度保温,然后对不同温度条件下原始β晶粒尺寸进行统计,并测试了几种不同晶粒尺寸下的疲劳裂纹扩展速率及断裂韧性.晶粒尺寸统计结果显示:原始β晶粒尺寸不仅与热处理温度和时间有关,也与锻造工艺有关.原始β晶粒尺寸与保温时问呈指数关系;在1 h条件下原始β晶粒尺寸并不总是随温度的升高一直增大,在某个温度范围内有一极值;锻造工艺不同,原始β晶粒尺寸波动也不同.从晶粒生长的热力学及动力学两方面对上述现象进行了分析.力学性能结果显示晶粒尺寸对裂纹扩展速率及断裂韧性均有影响,并对影响机理进行了分析.     

Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金的力学性能

用预合金粉末热等静压工艺制备全致密的Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金,研究了粉末粒度组成、真空脱气处理和热处理等工艺因素对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,全粒度预合金粉末的氧含量和空心粉比例具有良好的匹配,但是粉末粒度偏析使空心粉聚集进而降低粉末合金的低温拉伸性能。钛合金粉末的真空脱气温度不宜超过其最高服役温度,Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金的退火处理温度不宜高于800℃。提高退火温度到两相区则使粉末合金的显微组织发生明显的粗化,粉末合金内部的微量气孔迅速长大形成热致孔洞。优化过程工艺参数和有限元仿真可制备出典型的Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末冶金叶轮零件,其本体力学性能达到锻造合金的水平。     

激光拉曼测量SiC(f)/Ti-22Al-26Nb复合材料界面残余应力

利用激光拉曼方法直接测量SiC(f)/Ti-22Al-26Nb复合材料中SiC纤维表面C涂层的拉曼吸收光谱,由此计算出复合材料的残余应力,并对复合材料的残余应力进行有限元模拟计算分析。结果表明：复合材料界面反应层起到降低残余应力的作用,反应层越厚残余应力降低值越大,试验结果与模拟计算结果基本一致     

Ti-5Al-2.5Sn合金粉末热等静压压坯的致密化行为及性能

粉末冶金近净成形工艺能够制备性能要求高、结构复杂的钛合金构件.将洁净Ti -5Al -2.5Sn预合金粉末封装在低碳钢材料制造的包套中,采用热等静压进行了粉体的致密化,研究了粉末在热等静压过程中的致密化行为.由于包套对热等静压压力的屏蔽效应,致密化过程后观察到了粉末/包套体的不均匀变形;通过有限元仿真也预测到包套对包套...     

镦粗变形工艺对TC18组织和性能的影响

研究了不同镦粗变形工艺对TC18钛合金棒材的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,TC18钛合金棒材首先在β单相区加热并施加大变形量锻造,而后在（α＋β）两相区加热并以适当变形量锻造,可获得强度、塑性和韧性等综合性能的良好匹配。     

Ti-62222合金的热机械疲劳行为

研究了Ti-62222合金在200-400℃内不同机械应变幅的热机械疲劳(TMF)行为和等温疲劳(IF)行为.结果表明,200℃的IF寿命高于400℃的IF寿命,同相位的TMF寿命高于反相位的TMF寿命.IF寿命与TMF寿命对比,同相位的TMF寿命高于200℃的IF寿命,反相位的TMF寿命高于400℃的IF寿命.在不同应变幅下,TMF应力响应曲线和IF应力响应曲线不同.SEM断口和纵向剖面金相观察表明,穿晶断裂是主要破坏方式.     

α+β两相钛合金元素再分配行为及其对显微组织和力学性能的影响

研究了两相区固溶温度及固溶后冷速对Ti-6Al-4V (TC4)合金元素再分配行为的影响,利用EPMA技术表征了初生α相(α_p)以及β转变区域(β_t)的元素浓度,考察了β_t显微组织尺寸随固溶温度及元素浓度的变化。结果表明:随着固溶温度升高,β_t区域元素浓度变化显著,表现为Al含量升高、V含量降低,而αp晶粒中元素浓度变化较小,导致两区域元素浓度差异减小;同一固溶温度下,以不同冷却方式(水冷、空冷及炉冷)冷却的显微组织及元素分布显示,冷却速率越低,α_p比例越高,α_p与β_t之间元素浓度差异越明显。合金经固溶水冷、空冷后,β_t分别为淬火马氏体、次生α相(α_s)+残余β相,2种冷速下β_t的显微组织尺寸均与高温β相内的元素浓度水平有关,即β_t内部显微组织尺寸受固溶温度的显著影响。利用纳米压痕技术表征了不同固溶温度下微区域(α_p、β_t)的力学特征,结果表明,密排六方(hcp)晶格α_p本身呈现的力学行为的各向异性对其纳米压痕性能起决定性作用,而β_t的弹性模量及硬度主要受α_s片层尺寸的影响。最后讨论了"固溶温度-微区元素浓度-微区显微组织-微区力学性能"之间的关系。     

初生及次生α相对Ti-1023合金拉伸性能和断裂韧性的影响

Ti-1023合金中初生α相(αp)的体积分数对材料性能影响较大:在固溶(ST)条件下,αp相体积分数减少,材料强度降低;在固溶时效(STA)条件下,αp相体积分数减少,材料强度和断裂韧度(K1C)呈升高趋势,但后者增加的趋势没有前者明显.αp相对材料性能的影响与其体积分数的变化改变亚稳β晶粒内溶质原子浓度和亚稳β晶粒尺寸有关.时效过程中析出的次生α相(αs)可明显影响材料的力学性能,随αs的长大和数量的减少强化效应减弱,但KIC和塑性明显提高.对Ti-1023合金,减少αp相的体积分数、控制合适的αs相数量和尺寸并尽可能减少连续晶界α相数量与尺寸,可以获得较高的强韧性匹配.     

SiC纤维增强钛基复合材料研究进展

概述了作者研究组近年来在SiC纤维增强钛基复合材料研究领域开展的工作及取得的进展.采用具有自主知识产权的SiC纤维,研究了PVD先驱丝制备方法和真空热压/热等静压复合材料成形工艺,获得700℃拉伸强度＞1500MPa的SiCf/Ti-6A1-4V复合材料,分别制备出长度＞400mm和直径＞200mm的钛基复合材料棒材和环形件.此外,分别采用粉末布与粉浆涂挂先驱丝两种低成本方法制备出钛基复合材料,确定了新的胶粘剂并优化了相关工艺参数.