βTi—15Mo—5Zr—3Al合金的疲劳裂纹扩展行为的研究

由于β钛合金具有优越的性能，诸如：极好的比强度、可焊接性、耐腐蚀性和冷成形性，使得人们把大量的注意力都集中于卢钛合金的开发与应用方面．然而对β钛合金的机械性能──尤其是疲劳性能的研究却非常有限．最近，有人研究了卢Ti－15Mo－SZr－3用合金经不同温度的固溶处理后微观组织对疲劳行为的影响．结果显示，经低于p转变温度固港处理的材料具有极好的疲劳强度，这主要是由于该微观组织具有较高的抗裂纹发生能力．但是，在实际的工程应用中，疲劳裂纹的扩展（FaforCradPr0PagahoaFCP）成为关田间任．为此，日本区革大学的Kriro…     

显微组织对TB17钛合金高周疲劳性能的影响

对比研究了TB17钛合金3种典型组织形态(双态组织、网篮组织和片层组织)对其高周疲劳性能的影响,并分析了高周疲劳断口形貌。结果表明：双态组织特征的TB17钛合金具有最高的强塑性匹配水平,但其疲劳寿命与应力呈双线性关系,疲劳性能并不稳定;网篮组织的强塑性稍差,但具有最高的疲劳强度和疲劳比;片层组织的疲劳强度比网篮组织略低,但其疲劳比和拉伸塑性最差。高周疲劳加载应力处于低应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样内部、单源萌生,而处于高应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样表面、多源萌生。网篮组织存在更多的二次裂纹,且疲劳条带更为清晰密集,裂纹扩展路径更曲折,在扩展时消耗的能量更多。     

深层滚压加工对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的影响

深层滚压加工对高碳铬轴承钢超长寿命疲劳行为的研究表明：与深层滚压加工前相同,在高应力幅短寿命区,疲劳裂纹萌生于试样表面;由于表面压缩残余应力的影响,疲劳强度有所提高．在低应力幅长寿命区,疲劳裂纹萌生位置从未经深层滚压加工试样的次表面向深层滚压加工试样内部没有压缩残余应力和硬化层的位置转移;因弯曲应力梯度的影响,疲劳强度有了较大的提高．深层滚压加工可以提高高碳铬轴承钢在超长寿命区的旋转弯曲疲劳强度．     

显微组织对TC32钛合金高周疲劳性能的影响

研究双态组织和网篮组织对TC32钛合金高周疲劳(HCF)性能的影响,并与TC4钛合金等轴组织和TC21钛合金网篮组织的高周疲劳性能进行对比分析。结果表明:TC32钛合金双态组织与网篮组织的高周疲劳强度分别为535.7MPa与537.5MPa,明显高于TC4钛合金等轴组织的,也高于TC21钛合金网篮组织的。TC32钛合金双态组织因原始β晶粒细小,且初生α相与β转变基体强度匹配性良好,不存在异常的平均应力敏感性;TC32钛合金网篮组织因存在较多的二次裂纹,且主裂纹扩展路径曲折,疲劳裂纹扩展速率较双态组织更缓慢。     

不同表面改性强化处理对TC4钛合金表面完整性及疲劳性能的影响

对TC4钛合金进行了喷丸强化、激光冲击强化和低塑性抛光3种表面强化改性处理,测定了不同表面改性处理下的表面粗糙度、显微硬度、残余应力及微观组织,研究了不同表面改性处理下的旋转弯曲疲劳性能,利用SEM观察分析了疲劳断口特征,提出了表面强化改性机理和效果评价方法.结果表明,喷丸强化、激光冲击强化和低塑性抛光3种表面强化改性处理后,TC4钛合金的旋转弯曲疲劳寿命提高,疲劳强度也大幅度提升,而且疲劳裂纹位于表面强化层下的次表层;对于未表面强化改性处理的TC4钛合金,疲劳裂纹位于表面.基于位错理论,对次表层裂纹萌生抗力和疲劳强度进行了分析并给出了定量分析模型.     

钛合金的疲劳机制

钛合金的主要用途之一是航空结构材料，因此疲劳任能是一个主要性能．疲劳性能大致分为低周疲劳、商周疲劳和疲劳裂纹扩展三种．这些性能受金属组织、环境和试验条件的影响．日本学者热原益夫就高周区劳强度与金属组织的关系和疲劳裂纹产生机构作一探讨．铁合金分。、0十月和p到三种合金，它们对商周疲劳强度的影响机制是不同的．l近a型和。＋p型钛合金这两种合金的组织大致有以下三种：组织、＄状（或针状沁组织和筹拍组织．101下的疲劳强度按钮大魏氏、籍轮、针状。组织的顺序增高．这三种组织，在疲劳裂纹起点处都观控到了非常平坦的平面…     

Ti-22Al-25Nb合金板条组织高温高周疲劳行为

研究了双尺寸板条组织的Ti-22Al-25Nb合金在650 ℃和700 ℃下的高周疲劳行为，采用升降法测试了合金的高温高周疲劳强度极限，当应力比R=-1，循环周次Nf=107次时，650 ℃和700 ℃的疲劳强度极限分别为470 MPa和400 MPa。对于双板条组织的Ti-22Al-25Nb合金，其疲劳裂纹既可萌生于试样表面，也可萌生于次表面，并且高周疲劳裂纹在次表面形核的试样具有更高的疲劳寿命。此外，研究发现双尺寸板条组织在高温高周疲劳损伤过程中以胞状析出的形式发生B2→β+O相变，形成组织中的不均匀区域，促使疲劳裂纹在此优先形核。     

Ti—31合金的低周疲劳性能研究

根据工况的需求研究了魏氏组Ｔｉ－３１合金的低周疲劳性能。结果表明，在循环载荷下，Ｔｉ－３１合金表现出很好的循环稳定性，但它是循环软化材料。其裂纹萌生于α与β相界和α板条内，裂纹扩展区内有大量二次裂纹生成。同时还回归出Ｔｉ－３１合金的低周疲劳寿命公式，并指出其过渡寿命ＮＴ为５５６次。比较了具有相同显微魏氏组织的Ｔｉ－３１合金与ＩＭＩ８２９钛合金的低周疲劳性能，二者性能相当。     

缺口对TC21合金高周和低周疲劳的影响

研究了缺口对TC21合金在不同温度高周和低周疲劳强度的影响。疲劳试样为光滑和V型缺口（Kt=3）2种试样，疲劳载荷为应力控制，循环应力比为0．1，高周疲劳实验温度为315℃，低周疲劳实验温度为室温及400℃。结果表明，在循环应力较低，缺口根部未塑性变形时，缺口使疲劳强度明显降低。循环应力升高使缺口根部产生塑性变形时，缺口对疲劳强度影响降低，当循环应力升高使光滑试样失稳时，缺口试样的疲劳强度高于光滑试样的疲劳强度。断口的SEM分析表明，缺口试样的疲劳裂纹在缺口根部萌生，即使高周疲劳裂纹源也是多个。     

平均应力对6.8级螺栓材料的高周疲劳行为的影响

研究了6.8级螺栓材料在不同恒定平均应力下的高周疲劳行为。结果表明:当外加恒定平均应力为76、229和380 MPa时,6.8级螺栓材料的疲劳强度分别为317、284和265 MPa;疲劳强度随外加恒定平均应力的增大而降低。绝大部分样品的疲劳裂纹萌生于样品表面,在长寿命区内,有少部分样品的疲劳裂纹从样品内部的夹杂物处萌生。     

稀土相与表面处理对Ti-60钛合金疲劳源的影响

对Ti-60高温钛合金的疲劳断口进行了扫描电镜（SEM）、二次电子像（SEI）背散射电子像（BEI）分析,根据疲劳裂纹源所在位置的不同研究了Ti-60高温钛合金的疲劳裂纹源位置。结果表明,疲劳裂纹源在表面未强化试样表面稀土相处萌生,而对表面强化试样而言,疲劳裂纹源在表面强化层下稀土相处或滑放区萌生。用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对疲劳裂纹萌生的条件及疲劳强度的影响进行了分析。     

应力水平对线弧增材制造TA15钛合金疲劳行为的影响

以原位轧制线弧增材制造TA15合金为研究对象,研究了退火态TA15合金的疲劳性能与疲劳断裂失效行为。结果表明,退火态TA15合金的轧向和纵向组织均以α/β片层交叠形成的网篮组织为主,局部存在等轴晶粒分布。通过对S-N曲线进行拟合,TA15钛合金疲劳极限为311 MPa。试样断口包含疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。裂纹均从表面萌生,同时裂纹扩展区存在大量的疲劳辉纹和二次裂纹,瞬断区由等轴状的韧窝构成,呈现典型的准解理断裂特征。在低循环应力下,裂纹主要穿过或沿着α/β片层组织进行扩展,裂纹扩展路径较长;在高循环应力下,裂纹开始沿着原始β晶界扩展,二次裂纹扩展路径较短但数量较多。疲劳裂纹容易沿着组织中相对薄弱的位置进行扩展,并且二次裂纹周围有裂纹分支生成。     

齿轮疲劳强度与裂纹萌生区域的预测研究

以经过表面强化后的国产某轿车变速箱齿轮为例,根据齿根附近沿深度的残余应力和硬度的分布对单齿弯曲疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域的预测进行了分析和试验验证.通过强度和硬度之间的转换关系以及疲劳强度与残余应力的作用关系,得到了齿根附近沿深度的弯曲疲劳极限分布,齿根次表面下0.25～0.45mm之间的区域是疲劳危险区.齿轮表面强化的结果使得齿轮弯曲疲劳裂纹源从表面转入到次表面,并初步得到了微观验证.研究结果说明了基于残余应力和硬度可以进行疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域的预测.     

激光冲击强化对TA15钛合金双孔结构显微组织和疲劳性能的影响

对TA15钛合金进行激光冲击强化,研究了激光冲击强化对双孔结构试样显微组织、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明,经激光能量25 J、圆形光斑?4 mm,冲击2次的激光冲击强化后,TA15钛合金晶体内部形成了大量的高密度位错和位错墙;同时在材料表面引入高达-500 MPa的残余压应力,可以平衡疲劳载荷作用下产生的拉应力,有效抑制疲劳裂纹萌生并减缓裂纹扩展速率。激光冲击强化可以大大提高钛合金双孔结构的疲劳寿命,相对于未强化试样提高了60%～89%,这是由于激光冲击强化引入的较大残余压应力使得裂纹尖端的有效应力强度因子大大减小,当有效应力强度因子小于材料的断裂韧性时,疲劳裂纹的扩展会被抑制或停止,从而提高疲劳寿命。     

显微组织对Ti3Al—Nb系合金疲劳裂纹扩展行为的影响

本文测试了三种显微组织的Ｔｉ３Ａｌ－Ｎｂ系合金的室温疲劳裂纹扩展速率，结果表明，初生α２相的体积分数，基体的晶粒尺寸，高温β转变产物的形貌以及静态屈服强度是影响的疲劳门槛值的裂纹扩展速率的重要因素，应力比的影响有着普遍的规律性，结合ＳＥＭ断口及裂纹扩展路径观察结果，对疲劳纹扩展行为进行了简单的讨论。     

喷丸强化对TC21高强度钛合金疲劳性能的影响

对TC21疲劳试样进行喷丸,测定未强化试样和喷丸强化试样的旋转弯曲疲劳S-N曲线和采用升降法测定1×107周次下的条件疲劳极限,利用X射线应力仪测定了残余应力,用扫描电镜分析了疲劳断口.试验结果表明,喷丸不仅可显著延长TC21钛合金的疲劳寿命和提高疲劳强度,而且能使疲劳裂纹不再从表面萌生而是从表面强化层下的基体材料处形成并向四周扩展.     

TC11钛合金电子束焊接接头超高周疲劳性能

采用天津大学自行研制的TJU-HJ-I型超声疲劳试验系统研究了TC11钛合金电子束焊焊接接头的超高周疲劳性能. 试验结果表明,TC11钛合金电子束焊接接头在107周次以上仍然会发生疲劳失效,S-N曲线呈现连续下降的趋势,没有明显的转折. 试件的断裂位置大多数为母材处,焊缝和热影响区的疲劳性能要比母材好,这与焊接接头的微观组织有关. 通过SEM对超声疲劳断口形貌进行观察发现,断裂试件的疲劳裂纹大部分在表面萌生,然而在应力范围较低时,疲劳裂纹的萌生位置有从表面转向次表面的趋势.     

喷丸对TC18钛合金拉-拉疲劳性能的影响

分析了TC18钛合金表面喷丸强化所产生的表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力和表面层残余压应力场变化及喷丸对拉-拉疲劳性能的影响,并用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论合理解释了拉-拉疲劳极限的提高。结果表明:喷丸强化不仅能够明显延长TC18钛合金的高周疲劳寿命,且能使1×107周次下的疲劳极限提高27%。     

超声冲击强化对TC4钛合金拉压疲劳性能的影响

静荷载25 N、振幅30μm、冲击数36 000次/mm2下对TC4钛合金去应力退火及固溶时效两种状态进行超声表面冲击强化处理,研究其对TC4拉压疲劳性能的影响。对处理后的微观组织、硬度、强塑性变形(SPD)层、残余应力、疲劳性能和断裂特征进行分析。结果表明:处理后在TC4表面均获得约40μm深的强塑性变形层、表面硬度及残余压应力均被提高、表面粗糙度有较好的维持、两种状态的108周次的疲劳强度分别提升7.0%和10.7%;10~6周次前裂纹主要由表面萌生,10~6周次后裂纹源核心表现为SPD层与核心之间的变形α相,其形状狭长且平行于试件边缘。建立经典材料力学模型对其轴向应力进行分析,有助于理解内部裂纹源。     

DD98M镍基单晶高温合金900℃高周疲劳行为

研究了无Re第二代单晶高温合金DD98M在900℃时的高周疲劳性能.结果表明:该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小,且缺口降低了合金的疲劳强度和疲劳寿命,900℃时光滑和缺口试样的疲劳强度分别为574和360 MPa;利用扫描电镜(SEM)观察疲劳试样的断口形貌,发现缺口试样为多裂纹源断裂,裂纹主要萌生于缺口根部应力集中区域,而光滑试样为单一裂纹源断裂,裂纹源起始于试样表面、次表面疏松处或碳化物处;利用透射电镜(TEM)观察疲劳变形后的位错组态,发现光滑试样中主要以基体通道中的位错滑移为主,高应力水平下会出现位错对切割γ′相,而缺口高周疲劳在高应力下主要变形机制为不全位错切割γ′相形成层错.