TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的数学描述方程

针对经准β热处理获得的片层组织TC4-DT钛合金的疲劳长裂纹扩展速率实验结果,通过数值分析和线性回归拟合,推导了Paris方程、Forman方程和Elber方程的数学表达式,并对拟合结果的相关系数和误差进行了分析,对比了3种数学方程对片层组织TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的拟合精度。在此基础上,对已有模型进行优化和修正,提出了F-E分段方程。该方程以片层组织TC4-DT钛合金裂纹扩展速率曲线上转折点对应的应力强度因子幅ΔKt为分界点,分别对实验数据进行数值分析和线性回归拟合,具有较高的拟合精度。     

损伤容限型TC4-DT合金疲劳裂纹扩展速率的数学描述

测试了损伤容限型TC4-DT合金的裂纹扩展速率。通过数据分析和线性或非线性拟合得到了3种疲劳裂纹扩展速率的数学描述公式。通过对描述结果的误差分析，得到了描述板材疲劳裂纹扩展速率的理想描述公式。     

应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了研究,绘制出疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK之间的关系曲线,用SEM对断口形貌进行了观测。实验结果表明,随着应力比增加,裂纹扩展速率增加;应力比降低,da/dN曲线向高ΔK方向移动。预裂区主要是以微区解理断裂机制为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制,快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征。     

锻造工艺对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了不同锻造工艺（近β锻造、准β锻造、两相区锻造）对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,对比分析了不同锻造工艺的微观组织和疲劳裂纹扩展路径的关系。研究结果表明,与两相区锻造和近β锻造相比,TC4-DT和TC21钛合金经准β锻造后的疲劳裂纹扩展速率最低。准β锻造的锻件疲劳裂纹扩展路径曲折程度大,断口表面粗糙度大,有效地降低了疲劳裂纹扩展速率。     

TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率

研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第I阶段和第III阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大;对两种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。     

损伤容限型TC4-DT钛合金近门槛区疲劳裂纹扩展行为研究

研究了双态组织、片层组织TC4-DT钛合金在近门槛区的疲劳裂纹扩展行为,通过扫描电镜观察裂纹扩展路径及断口微观特征,研究了等轴初生α相含量对TC4-DT钛合金在近门槛区疲劳裂纹扩展速率的影响,讨论了TC4-DT钛合金的疲劳裂纹扩展行为和断裂方式。结果表明:随着等轴初生α相含量的降低,TC4-DT钛合金在近门槛值区的da/dN-△K曲线逐渐向下偏折,裂纹扩展速率明显降低,在Paris区出现转折点现象且转折点对应的△Kt值逐渐增大;片层组织在近门槛区的裂纹扩展路径曲折,疲劳裂纹扩展速率显著降低,表现出更好的损伤容限性能。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳断口研究

采用单边缺口试样,用扫描电镜观察了TC4-DT钛合金母材及电子束焊接接头焊缝区与热影响区的疲劳断口,分别分析了疲劳裂纹起裂源、扩展区及瞬断区的断口形貌特征.结果表明,疲劳裂纹均起裂于试样缺口根部,并由试样的一侧扩展到另一侧,裂纹扩展初期均沿一定的结晶面扩展,属于脆性穿晶断裂;母材和热影响区的瞬断部位均有明显的韧窝出现,属于塑性沿晶断裂,而焊缝区断口上韧窝不明显;热影响区疲劳断口有疲劳条带出现,但在母材和焊缝区断口上很难看见.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

TC4ELI合金显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了TC4ELI钛合金的片层组织和等轴组织的疲劳裂纹扩展性能,通过金相显微镜观测了疲劳裂纹在组织中的扩展途径,采用扫描电镜观察了疲劳断口的形貌,并讨论了显微组织对该合金抵抗疲劳裂纹扩展性能的影响.结果表明:TC4ELI合金经995℃×1hAC+ 550℃×4hAC处理后得到片层组织抵抗裂纹扩展的性能优于经900℃×1hAC+550℃×4hAC处理后得到的等轴组织性能.从断口观察可知,断裂主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制.     

TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

研究了典型的损伤容限型钛合金Ti-6A1-4V ELI（TC4-DT）的断裂韧度KIC、疲劳裂纹扩展速率da／dN以及疲劳门槛值△Kth等损伤容限性能与微观组织的关系，讨论了不同应力比（尺值）条件下片状组织与双态组织的疲劳裂纹扩展特性，并与Ti-6A1-4V（TC4）钛合金进行了比较分析。研究结果为高损伤容限型钛合金的微观组织设计和探讨微观组织对损伤容限性能的影响机理奠定了基础。     

Fatigue Crack Growth Behavior in TC4-DT Titanium alloy with Different Lamellar Microstructures

主要讨论了TC4-DT钛合金不同片层结构的疲劳裂纹扩展行为。通过不同的热处理工艺获得不同的组织结构参数,例如片层宽度和集束尺寸。结果表明,在保证合金力学性能的条件下,β相区空冷获得的组织具有较好的疲劳性能,主要归因于片层结构中裂纹尖端存在较大的塑性范围区域,并且较宽的α片层和大的集束尺寸有助于提高合金的断裂韧性和疲劳裂纹扩展阻力。     

模拟烧伤温度对TC4-DT钛合金组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计和万能拉伸试验机等方法研究了飞机用TC4-DT钛合金材料在4种模拟烧伤温度(850、950、1050、1150℃)下的组织、强度、硬度和电阻的变化情况,并给出了快速烧伤检测的方法.结果表明:当模拟烧伤温度为850℃时,合金等轴组织主要由α相+少量β相组成,随着模拟烧...     

TC4ELI合金疲劳裂纹尖端塑性区对裂纹扩展的影响

研究了TC4ELI合金片层组织与短棒α组织中的疲劳裂纹尖端塑性区及裂纹扩展行为.首先通过SEM及TEM观察比较两种显微组织下的疲劳裂纹尖端塑性区,讨论两种显微组织中裂纹尖端塑性区对疲劳裂纹扩展路径及扩展断口的影响,分析裂纹扩展路径和裂纹尖端塑性区对裂纹闭合及裂纹扩展速率的影响.结果表明:与短棒α组织相比,片层组织中具有较大的裂纹尖端塑性区及曲折的裂纹扩展路径,并最终从疲劳裂纹闭合的角度,解释了片层组织具有较低的疲劳裂纹扩展速率的原因.     

基于Murty判据的TC4-DT合金加工图及失稳分析

采用Gleeble-3500对TC4-DT钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究了合金在温度920~1040℃、应变速率0.001~10 s-1热力参数范围内基于Murty判据的加工图,并分析了合金塑性流动失稳行为。结果表明,在试验参数范围内变形时存在较大区域的流动失稳,失稳区均出现在高应变速率下;得到两个适宜加工的热加工工艺参数匹配为:温度920~940℃、应变速率0.001~0.01 s-1和温度980~1040℃、应变速率0.001~0.09 s-1。分析了显微组织演变,发现在失稳区,合金失稳缺陷主要有局部流动和β晶粒变形不均匀;在稳定区,合金软化机制主要是动态再结晶。     

准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和拉伸性能的影响

研究了不同准β热处理工艺对TC4-DT钛合金显微组织和力学性能的影响,并对显微组织、力学性能断口形貌进行了对比分析。结果表明随着固溶温度从Tβ+10℃升高到Tβ+25℃,合金初生片状α相长宽比变大,次生α相含量升高,塑性下降,抗拉强度升高。冷却速率的下降对于初生片状α相有粗化效果,降低初生片状α相的长宽比,对应的抗拉强度升高,塑性降低。固溶时间的延长,初生片状α相宽度变大,长宽比下降,次生片状α相长宽比变大。TC4-DT钛合金拉伸断口存在大小不一的韧窝,随固溶温度的升高和时效时间的延长,试样拉伸断口韧窝的尺寸均有不同程度的变大,同时出现了少量的撕裂棱,试样的断裂机制为以韧性断裂为主并伴有准解理断裂。     

TC4-DT钛合金SH-CCT曲线的测定

通过金相法进行了TC4-DT钛合金相变点温度T_β测定,并利用热膨胀法进行了验证。对不同冷却速度下TC4-DT钛合金的热膨胀量曲线进行测绘,结合显微组织分析和硬度测试,绘制了TC4-DT钛合金的SH-CCT曲线。结果表明,TC4-DT钛合金的相变温度为(945±5) ℃。当冷速小于10 ℃/s时,由β相转变的α相呈不同取向的集束状,同时,晶内出现网篮状α相;当冷速大于10 ℃/s后,组织为马氏体α′相+块状α_m相;当冷速超过100 ℃/s后,组织为马氏体α′相。TC4-DT钛合金发生马氏体转变的开始温度为836 ℃,终了温度为760 ℃。     

TC4-DT钛合金热机械处理后的组织特征和力学性能

研究热机械处理（两相区变形加普通退火、双重退火、固溶时效以及三重退火）对 TC4-DT 钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,热机械处理对显微组织参数影响显著,随着退火和时效温度的升高及冷却速度的降低,初生α相的体积分数和原始β晶粒的尺寸降低,而晶界α和次生α相的宽度却升高。由于固溶时效处理获得了大量的β转变组织和细小的晶界α相和次生α相,合金强度最高,但伸长率不及其它条件的,其断裂强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为1100 MPa、1030 MPa、13%和53%,双重退火获得了良好的强度和塑性匹配,合金力学性能分别为940 MPa、887.5 MPa、15%和51%。组织参数和性能的关系表明,随着β转变组织的增多和原始β晶粒尺寸的增大,材料的强度和断面收缩率升高,而晶界α相和二次α相的宽度对力学性能的影响却呈相反趋势。此外,晶界α相含量的减少和原始β晶粒尺寸的降低有助于塑性的提高。     

热处理对TC4-DT钛合金拉伸变形后组织的影响

研究了双重退火热处理对经不同的拉伸条件变形后的TC4-DT钛合金组织的影响。结果表明:双重退火后得到的组织与拉伸变形条件和第一重退火温度有关。当经最佳的应变速率5.6×10-4s-1和变形温度920~980℃变形后,随第一次退火温度升高,显微组织中次生α相析出量增加;在980℃变形后,经过双重退火后的合金组织可以得到编织紧密的网篮组织,且第一重退火温度在β单相区时得到的网篮组织的针状α相更加细长。当经最佳的变形温度940℃和不同的应变速率5.6×10-2~5.6×10-4s-1变形后,经过930℃/1 h AC+540℃/4 h AC双重退火的组织可以得到双态组织,而经过980℃/1 h AC+540℃/4 h AC双重退火的组织为魏氏组织。