含缺口TC21钛合金腐蚀疲劳性能分析

研究了TC21钛合金缺口试样在两种腐蚀环境（油箱积水、3.5%NaCl水溶液）与室温空气环境下的疲劳性能与断裂机理。并与光滑试样在室温空气环境下疲劳性能进行对比。结果表明,室温空气环境下,当两种试样疲劳寿命均达到5×105次循环时,缺口试样的循环应力值较光滑试样下降了52.7%;相同环境下随着应力水平降低,试样疲劳寿命增加;相同应力条件下,3.5% NaCl水溶液环境下试样疲劳寿命最低,油箱积水环境下次之,室温空气中TC21钛合金试样疲劳寿命最高;当应力较低时,差异更为显著。在腐蚀环境下,溶液中离子与金属原子发生电化学反应,加速了裂纹的萌生与扩展,3.5% NaCl水溶液中离子浓度较大,电化学反应更为剧烈     

TC21合金应力控制和应变控制的低周疲劳行为

研究TC21合金应变控制和应力控制的低周疲劳行为.实验温度为室温,循环应变比和应力比均为0.1,载荷波形为三角波.结果表明,在应变疲劳的最初阶段,TC21合金循环拉应力时快速软化,循环压应力时快速硬化,随着循环进行软化和硬化速度降低.在整个循环阶段,软化速度与应变有关;背应力影响较小,摩擦应力一直在变化,循环应力的变化与摩擦应力有关.应力控制的低周疲劳结果表明,TC21合金循环蠕变明显,循环蠕变与应力大小有关,摩擦应力是影响循环蠕变的主要因素.     

轧制变形TC1和TC2钛合金的高周疲劳性能

通过进行应力控制的疲劳试验,研究了TC1和TC2钛合金热轧板材在不同试验温度下的高周疲劳性能,并对两类钛合金板材的疲劳性能进行了比较.结果表明,在相同的最大循环应力下,TC1和TC2钛合金板材的高周疲劳寿命均随着温度的升高而降低,且当温度相同时,TC2钛合金板材的疲劳寿命均高于相同轧制方向的TCl钛合金板材.此外,实验温度越高,TC1和TC2钛合金板材的疲劳极限越低,且在不同温度下,TC2钛合金板材的疲劳极限均明显高于相同轧制方向的TC1钛合金板材.     

氢对TC4钛合金电子束焊接头疲劳断裂特性的影响

采用统计分析的方法研究了固溶氧对TC4钛合金电子束焊接头疲劳寿命的影响,并对接头试样的疲劳断裂位置和疲劳断口形貌进行了观察与分析.结果表明,氢显著降低了TC4钛合金试样的疲劳寿命,氢含量0.028％(质量分数)的钛合金的疲劳寿命仅为未充氢试样的一半,当氢含量增大到0.120％时,疲劳寿命降到了未充氢的五分之一.疲劳试样多数断于接头的热影响区,造成这一结果的主要原因是热影响区的组织不均匀性和氢含量相对较高.断口的形貌特征表明,氢促进了疲劳裂纹的萌生和增加了裂纹扩展的速度,导致钛合金电子束焊接头的疲劳寿命显著降低.     

TC4钛合金外物损伤后疲劳行为研究

针对发动机一级盘用材料冲击损伤后的高周疲劳性能需求,对TC4钛合金在外物损伤后的疲劳行为开展研究.采用空气炮法制备含3种不同程度外物损伤的TC4钛合金试样并统计损伤尺寸,对无冲击损伤和含外物损伤的试样进行疲劳试验,获得S-N曲线,观察疲劳裂纹萌生位置.结果表明:更快的冲击速度和更大的弹丸直径会形成更大的FOD损伤;外物...     

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。     

TC4ELI钛合金低周疲劳性能研究

研究了具有网篮组织的TC4ELI钛合金材料在不同应变幅值下的低周疲劳性能,给出了TC4ELI钛合金在低周疲劳下的循环应力-应变曲线,拟合出循环应变硬化指数、循环强度系数以及应变-寿命特征系数,并通过光学显微镜进行金相分析,通过扫描电镜进行断口形貌分析。结果表明,TC4ELI钛合金呈现出循环软化的特性;距离疲劳断口1.5 mm处的组织形态与断口处无明显变化,疲劳裂纹以穿晶方式扩展直至断裂;随着应变幅值增大,韧窝变大变深,韧性断裂特征变得更加显著。     

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.     

TC4线性摩擦焊过程的功率曲线研究

用自制的XMH-160型线性摩擦焊机进行TC4钛合金线性摩擦焊工艺试验,检测了焊接过程摩擦功率及界面温度的变化曲线,结合焊接过程界面剪切强度的变化曲线,论述了摩擦功率曲线的变化规律,并探讨了TC4线性摩擦焊焊接接头的形成机理.     

电子束局部热处理对TC4合金接头疲劳性能影响

通过低周轴向应变疲劳试验,研究了电子束局部热处理对TC4钛合金接头疲劳性能的影响.结果表明,电子束局部热处理TC4钛合金接头在疲劳过程中存在一定的软化行为;在一定的载荷条件下,与焊后未热处理状态相比,经过电子束局部热处理后,TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳寿命可以提高30%以上.     

TC4钛合金的多轴高周疲劳损伤及强度退化研究

不同工况下TC4(Ti-6Al-4V)钛合金疲劳累积损伤及强度退化存在较大差别。为了充分表征载荷参数的影响,基于Chaboche损伤模型以及改进的多轴疲劳损伤准则,提出新的强度退化模型,开展了TC4钛合金的多轴高周疲劳(HCF)寿命预测和强度退化评估。首先,开展TC4合金在一系列加载路径下的多轴比例和非比例疲劳试验。将Chaboche非线性损伤准则和临界平面法与提出的损伤控制参数相结合,描述了TC4合金的非线性疲劳损伤计算和寿命预测。其次,进一步建立了基于累积损伤的非线性强度退化模型,并证明了该模型在不同载荷工况下均可以获得更高的精度。实验结果表明,由于考虑载荷参数的影响,提出的TC4钛合金疲劳寿命与强度退化预测结果精度远高于其他的预测模型。     

新型TC21钛合金热处理工艺参数与显微组织演变的关系研究

TC21钛合金是新型的高强韧损伤容限型钛合金，其模锻件为网篮组织，锻后热处理工艺采用双重退火工艺。本研究采用金相法、SEM等方法系统研究了TC21钛合金模锻件的锻后热处理工艺和显微组织演变规律。试验分析了TC21钛合金模锻件锻后第1次退火加热温度、第2次退火加热温度和保温时间等工艺参数条件下的初生α相数量、形状以及网篮组织形貌特征的变化规律，为TC21钛合金模锻件获得高强、高韧和损伤容限优良综合性能奠定基础。     

TC4钛合金的微动疲劳行为研究

研究了TC4钛合金在柱面-平面接触条件下的微动疲劳行为.通过观察微动区的磨损特征和截面形貌,分析了微动疲劳损伤机制,探讨了磨屑的形成与演变过程及其对微动疲劳行为的影响,考察了摩擦系数随时间的变化.结果表明,TC4钛合金微动区的损伤机制以粘着磨损、磨粒磨损和接触疲劳为主,并伴有氧化磨损.磨屑是基体材料脱落、破碎、氧化形成的,磨屑中的硬质氧化物颗粒促进了合金表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效.     

TC4钛合金薄板及焊缝低周疲劳的损伤规律

对TC4钛合金薄板母材及其激光焊缝进行了低周疲劳损伤规律的理论分析和试验研究。在对应力疲劳不同周次后试样的拉伸性能进行测定及分析表明,残余伸长率对该材料的疲劳损伤较为敏感,可以作为表征其低周疲劳损伤的有效物理参量。结果表明,对TC4钛合金薄板母材,以残余伸长率定义的损伤变量初始值D0为0.037,损伤变量D随着循环周次的增加缓慢增加,当循环周次达寿命的90%后才进入快速增加阶段。连续损伤力学理论分析结果可以很好的解释TC4薄板的低周疲劳损伤规律,理论模型与实验结果吻合很好。而激光焊接接头试样中由于存在组织不均匀性及焊接缺陷,使得焊缝的低周疲劳损伤规律偏离了理论模型,由于焊缝中有气孔等缺陷的存在使得焊缝试样循环到寿命的1%时,初始损伤变量值即达到0.4,而且由于焊缝中心晶粒粗大使得循环周次达寿命的50%时损伤变量即开始快速增加。     

温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响

耐磨性较差成为TC4合金用作高强耐腐蚀油管材料的技术瓶颈,采用SEM和EDS等手段对TC4合金在不同温度下的磨损性能进行研究,分析磨损率、摩擦系数和磨痕形貌随温度变化的规律,探讨磨损机理。结果显示:在室温到400℃的温度范围内,与对磨材料GCr15相磨损,TC4合金的磨损程度随温度的升高而减小,磨痕呈犁沟形貌,磨损经历了预磨损和稳定磨损两个阶段,磨损机理在较低温度时为剥层磨损、黏着磨损和疲劳磨损,在较高温度时为剥层磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

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。     

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。     

TC18钛合金氧化色与力学性能关系研究

通过对TC18钛合金在100~1000 ℃温度范围内的氧化试验以及力学性能测试试验,研究了其氧化色变化规律,并探讨了氧化色与力学性能的关系。结果表明：经氧化处理后,TC18钛合金表面形成多种不同氧化色,且随氧化温度升高,合金表面颜色逐渐加深,合金力学性能均明显下降。合金表面氧化色与其力学性能存在一定的对应关系：当氧化色为浅绿色即加热温度为650 ℃时,材料力学性能已不满足TC18钛合金标准力学性能。