Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳行为

采用超声疲劳实验分别确定了双态和网篮两种组织的Ti-6Al-4V合金的疲劳寿命(S-N)曲线,并用SEM观察疲劳断口.结果表明,两种组织合金的S-N曲线均保持下降趋势,在105-109cyc间不出现水平段,不存在传统意义的疲劳极限,断口形貌分析表明,随着应力幅的降低,二者的裂纹萌生位置都发生了由试样表面到内部的转变.与加载频率为25 Hz时的疲劳实验结果进行比较后发现,超声疲劳加载条件下,疲劳强度提高,疲劳寿命延长,且频率对网篮组织合金疲劳性能的影响大于对双态组织的影响.     

表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金超高周疲劳性能的影响

采用自行研制的超声疲劳实验装置,研究不同表面粗糙度下Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能.结果表明,当表面凹痕宽深比a/c(a为凹痕宽度,c为凹痕深度)在2~10之间时,Ti-6Al-4V合金的临界凹痕深度在0.49~1.10μm之间.当表面凹痕深度小于临界深度时,表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能没有影响.当表面凹痕深度大于临界深度时,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随表面粗糙度的增加而下降,并且随着循环周次的增加,Ti-6Al-4V合金疲劳性能对表面粗糙度的敏感性下降.随着表面粗糙度的增加,Ti-6Al-4V合金超高周疲劳裂纹的萌生方式发生变化.超高周疲劳裂纹源有由一个向多个、由内部向次表面转移的趋势;当表面凹痕深度增加到一定程度后,在超高周疲劳寿命区间,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随粗糙度的增加而大幅下降.疲劳裂纹全部从合金表面凹痕根部处萌生,没有内部萌生的情况.     

熔模铸造Ti-6Al-4V合金焊接件的高周疲劳性能

用熔模铸造技术制造大型复杂飞机构件时,也常用到焊接技术。韩国先进航空材料中心的Jinkeun OH利用该技术对熔模铸造Ti-6Al-4V合金板(13mm×30mm×6mm)进行了焊接,焊前,经过900℃热等静压处理,清除铸件内微孔,再经惰气保护钨极电弧焊(TIG)和电子束(EB)熔焊。拉伸样沿焊件纵向切取,疲劳样与焊缝垂直,焊区处于瓶颈状样中部,加工成试样后,经843℃退火处理,以6.4×10-4/s应变速率进行室温拉伸试验,并进行R(Pmin/Pmax)=0.1的正弦波抗拉疲劳试验,并用光学显微镜和透射电镜(TEM)观察焊接区及基材组织,以及用扫描电镜(SEM)观察疲劳样断口。 …     

Ti-6Al-4V超高周疲劳性能研究及可靠性寿命分析

运用超声疲劳试验系统和MTS液压伺服疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在不同加载频率下的超高周疲劳试验,使用扫描电镜观察了试样断口形貌并对超高周疲劳试验数据进行了可靠性疲劳寿命分析。结果表明：疲劳循环周数超过107以后,Ti-6Al-4V钛合金试样依然会发生疲劳断裂,不存在传统意义上的疲劳极限。裂纹萌生于试样表面和次表面,随着应力水平降低,萌生位置由表面向次表面转变;试样断口平坦,裂纹源呈现类“鱼眼”特征,裂纹萌生于材料次表面微观组织不均匀处,周围出现黑色颗粒海绵状特征;20Hz和20KHz两种频率下的试验数据吻合良好,加载频率对材料的疲劳性能没有明显影响;Ti-6Al-4V钛合金材料的超高周疲劳寿命服从三参数威布尔分布,采用单侧容限系数法建立了不同置信度和不同存活率下的疲劳寿命模型,给出了p-γ-S-N曲线。     

离子注入对Ti-6Al-4V合金腐蚀疲劳行为的影响

<正> 最近几年,离子注入对金属材料的表面改性受到人们愈来愈多的注重。通过离子注入可以使金属或合金的表层结构发生变化,从而达到材料表面改性的目的。金属或合金经离子注入后,一般都能改善其在空气下的疲劳寿命,提高疲劳极限。然而,在腐蚀介质与机械应力的共同作用下,离子注入层的耐疲劳性要明显降低。我们选择α/β型Ti-6Al-4V合金进行研究,目前的工作表明,C~+注入到Ti-6Al-4V合金中,在R=0疲劳试验条件下,可提高空气下的疲劳极限28%。但是在腐蚀环境与交变应力的共同作用下,C~+注入层不能保持象空气     

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.     

Ti-6Al-4V激光冲击强化及其微结构响应分析

使用Nd³⁺:YAG脉冲激光器产生的脉冲能量为12.5 J,频率10 Hz,波长1064 nm的脉冲激光研究了强激光冲击下的Ti-6Al-4V合金表面响应,用SEM和TEM及IFFT方法分析了激光冲击强化造成的微结构响应.结果表明,激光冲击可使Ti -6Al- 4V合金表面硬度增加80%以上,残余压应力达到500 MPa以上.在激光冲击产生的超高能量和超高应变率作用下,具有α/β两相结构的Ti-6Al-4V合金的激光冲击强化效应表现出明显的择优倾向.在较低冲击能量下,β相优先获得形变强化;在较高的冲击能量下,α和β相才能同时获得相当的形变强化,且优先强化相出现过饱和强化现象.位错增殖是冲击强化的主要微观机制,增殖形式多为定向发射和位错偶极子,α和β相则以半共格方式协调形变;在冲击强化区域内呈现应变屏蔽现象,其源于形变缺陷的自组织,是材料在激光冲击形变时的微观约束条件和激光冲击单点累积形变方式以及α/β两相的相间强度与结构差异共同作用所致.     

超声滚压Ti-6Al-4V微观组织对应力应变行为的影响

目的 通过超声滚压提高Ti-6Al-4V的屈服强度。方法 将超声振幅作为唯一变量,设置0、5、7、10μm4组试验,分析Ti-6Al-4V被加工表面及表面以下30～50μm处的应力应变行为。通过X射线衍射仪（XRD）测试不同超声振幅下Ti-6Al-4V的两相分布。采用扫描电子显微镜（SEM）,分析不同超声振幅下Ti-6Al-4V表面层塑性变形程度。使用能谱仪（EDS）观察不同超声振幅下Ti-6Al-4V表面层元素组成分布。通过万能试验机获得不同超声振幅下Ti-6Al-4V的应力应变曲线。结果 Ti-6Al-4V表面层塑性变形程度随着超声振幅的增大而增大。Ti-6Al-4V被加工表面的β相体积分数随着超声振幅的增大呈先减小后增大的趋势。当超声振幅为7μm时,Ti-6Al-4V被加工表面β相的体积分数最大（19.70%）。超声滚压Ti-6Al-4V表面层中β相的体积分数沿深度递减。Ti-6Al-4V表面层α相稳定元素Al和β相稳定元素V未出现明显与两相体积分数相同的变化趋势。Ti-6Al-4V材料的屈服强度随着超声振幅的增大呈先减小后增大的趋势。当超声振幅从5μm增至10μm时,Ti-6A...     

魏氏组织Ti-6Al-4V合金应力松弛行为及机理

利用弯曲应力松弛方法研究了魏氏组织Ti-6Al-4V合金200℃．400℃和600℃时的应力松弛行为，并利用TEM研究了应力松弛前后微观组织变化：宏观热力学参数结合微观组织观察初步探讨应力松弛机理。研究表明：应力松弛开始时应力下降较快．随时间延长．应力下降速率降低．最后趋于应力松弛极限。TEM微观组织观察结果结合表现应力指数分析表明：200℃和400℃应力松弛变形机制为位错蠕变，a型位错滑移：而600℃变形机制则为回复蠕变和原子扩散的共同作用机制．a型和a＋c型或c型均开动．产生滑移和攀移。     

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。     

基于混合硬化模型的Ti-6Al-4V低周疲劳损伤分析

以连续损伤力学(CDM)为基础,根据Ti-6Al-4V钛合金应变疲劳试验结果,改进了Krajcinovic和Lemaitre提出的损伤本构模型,并拟合确定了损伤模型参数;将该损伤本构模型编写为USDFLD子程序并耦合到ABAQUS有限元软件中. 使用Chaboche非线性随动强化和非线性各向同性硬化的混合硬化模型来描述Ti-6Al-4V钛合金的弹塑性行为,并拟合确定了混合硬化模型参数. 模拟了材料在不同应变幅下的低周疲劳损伤演化. 结果表明,损伤模型预测寿命和试验寿命吻合较好,对比试验和模拟结果可以发现,损伤模型预测寿命的平均误差为3.878%.     

Ti-6Al-4V合金的热盐应力腐蚀

在实验室条件下研究了Ti-6Al-4V合金热盐应力腐蚀。实验表明在300—420℃温度范围内静态热盐应力腐蚀临界应力低于同温度的蠕变强度。实验还表明,经热盐应力暴露后试样的塑性对形变速度很敏感。用离子探针分析断口微区氢浓度的结果表明,氢在试样表面和断口处有明显的富集,因而可以认为钛合金热盐应力腐蚀的脆化是通过盐对试样的腐蚀而生成的氢所引起的。     

Ti-6Al-4V厚板研制

研究了锻造工艺、热轧工艺对Ti-6Al-4V合金40 mm厚板力学性能、显微组织和超声检验的影响.结果表明采用多火次锻造-两相区大加工率轧制工艺可生产出各项技术指标符合XJ/BS5154规范要求的厚板,且质量水平与美国同类产品相当.     

Ti-6Al-4V钛合金高温微观变形行为

利用已有文献,结合修正的混合物模型和等功定律得到了Ti-6Al-4V钛合金中α相和β相在高温条件下的应力-应变关系,研究了合金在高温变形时两相的加工硬化率、应力-应变分配系数以及宏观应力和应变贡献率的变化规律。结果表明:β相和α相分别在宏观应变约为0.07和0.14时出现应变软化现象,且α相和Ti-6Al-4V钛合金在同一时刻开始出现应变软化现象,可见α相的应变软化行为在合金变形中发挥着重要作用;随变形的进行,两相应力-应变分配系数的绝对值逐渐降低,最终趋于稳定,表明两相变形的协调性得到改善;在变形达到稳定时,α相对宏观应力的贡献率比其体积分数大,而对宏观应变的贡献率比其体积分数小。     

应力状态对Ti-6Al-4V绝热剪切敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆技术对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V进行了圆柱试样和帽形试样的冲击试验,对比了单轴压缩和压剪复合2种不同应力状态下2种组织钛合金的绝热剪切敏感性差异.结果表明:在单轴压缩状态下片层组织的绝热剪切敏感性要高于双态组织,而在压剪复合应力状态下其绝热剪切敏感性要低于双态组织,即应力状态对材料的绝热剪切敏感性影响显著.     

载荷比对含氢Ti-4Al-2V钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了含氢量为110μgg/和280μg/g的Ti-4Al-2V钛合金在不同载荷比下的疲劳裂纹扩展行为。载荷比降低，da/dN曲线向高△K方向移动，并逐渐不出现疲劳裂纹的近门槛扩展阶段；无论载荷比和含氢量的高低，稳态裂纹扩展区的裂纹扩展行为符合Paris幂律关系，即da/dN=C(△K）^m；含氢量为110μg/g时，载荷比对稳态裂纹扩展区的da/dN没有影响；含氢280μg/g时，载荷比降低，稳态裂纹扩展区的da/dN也降低；载荷比影响裂纹由近门槛扩展区进入稳态裂纹扩展区的应力强度因子范围△Kp和开始失稳扩展的应力强度因子范围△K1H。载荷比越小，△Kp和△K1H越大。     

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.     

Ti-6Al-4V合金在水中的疲劳裂纹扩展

用断裂力学方法研究了Ti-6Al-4V合金退火板材在蒸馏水中的疲劳裂纹扩展,测定了疲劳裂纹扩展速率dα/dN同应力强度因子幅度△K,温度和频率的关系。同时进行了空气中的对比疲劳试验。并用扫描电镜观察了疲劳断口形貌。实验表明,疲劳裂纹的扩展在水中比在空气中快。其扩展速率随温度升高而降低,随频率降低而增加。在10Hz频率下裂纹扩展速率同温度的关系可表示为(dα/dN)=Ae~(Q/RT)(△K)~(2.7),其中Q=6.2kJ/mol。疲劳断裂面上的延性条纹和裂隙条纹同载荷循环有近似一一对应关系;而脆性条纹的间距则比相应的宏观扩展速率大几倍。本文认为,水中疲劳裂纹扩展的加快,是水同钛合金裂纹表面的反应产生的氢所造成的;温度和频率对疲劳裂纹扩展速率的影响,可以用应变感生氢化物机制得到说明;进而提出,应变感生氢化物的形成是裂纹扩展的速率控制过程。     

热连轧Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素

采用热处理、蠕变性能测试及位错组态的衍衬分析,研究热连轧Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素.结果表明:经低于β相变点的固溶处理,合金的组织结构由高固溶度的等轴α相和网篮组织组成;随着固溶温度提高,网篮组织数量增多;经1 000 ℃固溶处理后合金可获得完全网篮组织;与940 ℃固溶时效合金相比,经 1 000 ℃固溶时效合金在420 ℃、575 MPa条件下具有较低的应变速率和较长的蠕变寿命;在试验的温度和应力范围内,计算出该合金的蠕变激活能为249.8 kJ/mol;在蠕变期间,热连轧合金的变形机制是位错在具HCP结构的α相中发生双取向滑移,940 ℃固溶处理合金的蠕变机制是波浪状位错在α相中发生锥面滑移,而经1 000 ℃固溶处理合金的变形机制是<1/2>(111(位错在具BCC结构的β相中发生多系滑移;经1 000 ℃固溶处理合金中所含的高含量富V的β相可提高合金蠕变抗力,这是合金具有较低应变速率和较长蠕变寿命的主要原因.     

Ti-6Al-4V电子束焊接研究

Ti—6Al—4V在航空和宇航工具结构方面的应用日益增加。这种材料的焊接是采用电子束焊接方法。德刊介绍了在特别考虑航空和宇航工具结构的条件下对Ti—6Al—4V在静压力和动压力下电子束焊接情况的研究。分别进行了拉伸试验,缺口抗张试验和冲击试验,以及抗振试验。初步试验是在最好的条件下进行的。进行电子束焊接的是