两种显微组织的Ti600合金低周疲劳行为

利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜研究了Ti600合金在不同组织类型下的疲劳行为。结果表明,Ti600合金在总应变幅±0.6%～±1.0%范围内,无论是片层(LM)组织还是双态(BM)组织的试样均呈现循环软化现象。在相同的总应变幅条件下,BM组织的试样具有长的疲劳寿命。LM组织试样断口附近侧表面的裂纹易于发生连接,致使循环应力响应的有效面积快速减小,因此LM组织试样在较低的循环应力下发生疲劳断裂。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头疲劳断裂过程的原位观测

通过对TC4-DT钛合金焊接接头显微组织的观察和疲劳断裂过程的原位观测,分析了焊接接头的显微组织特征,研究了焊接接头的疲劳裂纹萌生与扩展行为.结果表明:TC4-DT焊接接头疲劳断裂于母材区,疲劳裂纹萌生于试样的边缘,裂纹既可以沿着初生α相扩展又能直接切过初生α相扩展,裂纹的萌生寿命占整个疲劳寿命的比例较大,裂纹的扩展寿命很短.     

损伤容限型TC4-DT合金疲劳裂纹扩展行为研究

利用OM（光学金相）、SEM对损伤容限TC4-DT合金双态组织中的疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明：裂纹扩展遇到初生口相时，既能以绕过初生口相的方式扩展，又能直接切过初生口相向前扩展；预裂区和快速扩展区主要是以微区解理断裂为主，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。     

热暴露对Ti3Al/TC11双合金连接界面组织和拉伸性能的影响

对550℃热暴露50h的Ti3Al/TC11双合金拉伸试样用OM和SEM观察连接界面在近等温锻造、热处理和热暴露后的组织与断口形貌。结果表明:梯度热处理条件下,随着变形量的增加,试样热暴露后室温抗拉强度升高;连接界面上锻造形成的细针状α交织组织在热暴露期间发生分解、粗化,同时焊缝中析出更多细小的球状α/α2相。采用梯度热处理的双合金试样热暴露后强度稍高于经双重热处理的试样,双重热处理试样中Ti3Al基合金热影响区的α2相在热暴露期间发生长大。由于氧化造成表面微裂纹,使得试样直接热暴露性能低于毛坯热暴露性能。从拉伸断裂位置可以看出,断裂主要发生在Ti3Al基合金侧。     

针状α_2相对Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo合金拉伸断裂机制的影响

研究了显微组织中含针状α2相的Ti3Al－Nb（Ti－24Al－14Nb－3V－0．5Mo）（摩尔分数,％）合金的拉伸断裂行为。结果表明,合金经α2＋β两相区较低温度940℃固溶1h水冷处理后,会从基体B2相中析出针状的α2相。裂纹通常萌生于针状α2相内部．穿过针状α2相扩展。等轴状初生α2相对裂纹的扩展有钝化作用,而针状α2相的存在对合金的塑性不利。     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

Ti-600合金的高周疲劳性能研究

采用120～130Hz的频率测试Ti-600合金光滑试样室温高周轴向应力疲劳性能。结果表明,应力比(R)为0.1时,合金的疲劳强度为475MPa,与IMI834合金相当;合金内含有较细小、薄片状的、互相交错排列的α+β相,这种细小的α+β相间的层状组织对于阻止疲劳裂纹的扩展和提高疲劳裂纹寿命有重要作用;疲劳裂纹扩展阶段,应力同为600MPa时,疲劳寿命为8.61×105的合金试样比寿命为1.78×106的疲劳条纹间距宽;合金内稀土相的尺寸由几个μm到0.2μm变化,合金中未观察到与稀土相颗粒有关的裂纹萌生。     

Ti600合金的电子束快速成形

通过研究Ti600合金电子束快速成形样坯的组织、室温强度和断口特征,探索用电子束快速成形(EBM)工艺制备Ti600合金复杂零件的可能性。结果表明:Ti600合金的EBM沉积态组织是网篮组织,从样坯顶部到底部,α片层组织逐渐变大,样坯中部有大量纳米级粒子析出;沿α边界有易腐蚀的"类球状组织"产生;Ti600合金EBM组织中的纳米级粒子主要是Y2O3、α2粒子、Si的高温相与低温相,Si的析出相与合金成分和EBM工艺有关;Ti600合金EBM样坯的顶部和底部室温抗拉强度高,中部室温抗拉强度低,主要与α片层尺寸和Si的存在形态有关;Ti600合金的EBM样坯的室温拉伸断口为塑性断裂,断裂主要是由缺陷、本征脆性、晶间结合不牢等原因引起。     

β锻TC17钛合金的高周疲劳研究

对β锻的TC17合金的高周疲劳性能进行了研究,获得了光滑试样的应力疲劳寿命曲线(S-N曲线)。结果表明,β锻的网篮组织具有较高的高周疲劳性能,疲劳极限达到544 MPa。对疲劳断口和裂纹扩展路径进行了分析,发现网篮组织的高周疲劳断口具有裂纹扩展路径曲折、二次裂纹较多的特征。原始β晶界的粗大α相是显微组织中的"弱区",疲劳裂纹易沿粗大α相萌生和扩展。     

大规格Ti80合金棒材冲击韧性各向异性研究

针对大规格Ti80合金棒材冲击韧性各向异性现象及其内在原因进行了系统研究。夏比冲击试验显示,棒材R/2处弦向的C-R试样（缺口所在面与棒材轴向垂直）的冲击韧性远高于C-L试样（缺口所在面与棒材轴向平行）。金相组织结果表明,热处理态Ti80合金棒材横截面显微组织主要由均匀的等轴状初生α相组成,而纵截面组织中还存在与棒材轴向平行的长条状初生α相;冲击断口扫描电子显微镜（SEM）结果表明,C-R试样断面起伏更为剧烈,断面处存在大量横向裂纹,裂纹扩展方向垂直于长条状初生α相,长条状初生α相起到阻碍裂纹扩展的关键作用,从而冲击韧性明显高于C-L试样;断口侧面（与缺口所在面垂直的侧面）背散射电子衍射（EBSD）结果显示,C-R试样在裂纹萌生及扩展的过程中发生了更为严重的塑性变形,这个过程需要消耗更多能量,从而具有更高的冲击韧性。     

组织形态对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金连接界面持久寿命的影响

研究了不同制度热处理Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金形成的组织对它的持久寿命的影响。结果表明:双重热处理后焊缝和Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金热影响区中垂直受力方向平行排列的细小α、α2条数量大,同时存在断续的晶界α、α2相,从而使得微裂纹能快速连接、扩展,降低了持久寿命。而相同变形条件下,梯度热处理后结合界面是由大量细小条状及等轴状α、α2相,并带有少量尺寸较大的α、α2相粒子构成;持久载荷下微裂纹绕过或穿过大粒子消耗更多的能量或花费更多的时间。高温下持久加载对界面显微硬度的影响甚微。     

热处理工艺对Ti60合金持久性能的影响

将α+β两相区变形的Ti60合金锻件分别在950、995、1 015℃进行固溶处理,研究了固溶温度和冷却方式对Ti60合金微观组织及持久性能的影响。结果表明:Ti60合金的显微组织和持久性能受固溶温度和冷却方式的双重影响。950℃固溶处理,冷却方式对合金组织的影响较小,空冷试样的持久性能略低于油冷试样。995℃和1 015℃固溶处理,随温度的升高组织中的初生α相含量降低,空冷组织中的初生α相尺寸略大于油冷组织;在实验温度范围内,Ti60合金的持久性能随固溶温度的升高而升高,且在相同固溶温度下,空冷试样在600℃、340 MPa下的持久寿命明显高于油冷试样。次生α相的含量和α板条/α集束的尺寸是影响Ti60合金持久寿命的重要因素,合金的持久寿命与二者成正相关。     

A286合金的高温持久性能

为了探究A286合金的高温持久性能,对采用进口电炉+炉外精炼+真空自耗(EAF+LF+VAR)冶炼工艺制备的A286合金进行不同温度和应力的高温持久试验,利用Larson-Miller参数(LMP)预测了A286合金的持久寿命,并分析了断口微观组织演变。结果表明,A286合金应力与LMP之间的关系为σ=-107.30×LMP+3011.02。随着试验温度的降低,A286合金的断裂方式由韧窝和孔洞组成的韧性断裂转为沿晶断裂的脆性断裂。在低温高应力下,裂纹主要在MC和M₂₃C₆处产生,在高温低应力下,裂纹主要在片层状η相处产生。在试验温度650℃、应力450 MPa下,强化机制主要为位错切过γ′相的沉淀强化,在试验温度750℃、应力150 MPa下,强化机制为位错切过γ′相的沉淀强化和位错绕过γ′相的弥散强化,并且晶内析出的TiP₂、(Ti, Nb)C、TiC和NbC等纳米颗粒有利于高温持久蠕变。     

Effect of α Composite Layer on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti-10V-2Fe-3Al Alloy

通过在830℃空气中保温1 h后水冷的热处理工艺,在Ti-10V-2Fe-3Al(Ti1023)钛合金表面形成厚度约为82μm的α富氧复合层。研究了α复合层内显微组织形貌、硬度及元素分布特点及复合α层后对Ti1023合金组织和性能影响。结果表明:α复合层从边缘到基体内部硬度值并非一直减小,而是呈现高-低-高-低-趋于稳定的变化规律。研究表明硬度变化规律与合金元素(尤其V、Fe)及组织形态分布相关。Ti1023合金试样复合α层后表面硬度增加了45%,而屈服强度和抗拉强度下降5%。在拉伸变形过程中,复合α层后试样首先会在垂直于拉伸应力方向的外表面产生裂纹,之后裂纹扩展穿过α层到基体内部直至试样断裂,试样拉伸断口呈现心部韧性断裂和边部脆性断裂特征。拉伸过程中试样内部存在应力诱发β相向α″相的组织转变。     

α复合层对Ti-10V-2Fe-3Al合金组织和力学性能的影响(英文)

通过在830℃空气中保温1 h后水冷的热处理工艺,在Ti-10V-2Fe-3Al(Ti1023)钛合金表面形成厚度约为82μm的α富氧复合层。研究了α复合层内显微组织形貌、硬度及元素分布特点及复合α层后对Ti1023合金组织和性能影响。结果表明:α复合层从边缘到基体内部硬度值并非一直减小,而是呈现高-低-高-低-趋于稳定的变化规律。研究表明硬度变化规律与合金元素(尤其V、Fe)及组织形态分布相关。Ti1023合金试样复合α层后表面硬度增加了45%,而屈服强度和抗拉强度下降5%。在拉伸变形过程中,复合α层后试样首先会在垂直于拉伸应力方向的外表面产生裂纹,之后裂纹扩展穿过α层到基体内部直至试样断裂,试样拉伸断口呈现心部韧性断裂和边部脆性断裂特征。拉伸过程中试样内部存在应力诱发β相向α″相的组织转变。     

高强韧钛合金Ti700的冲击韧度研究

对Ti700合金在不同热处理制度下的冲击韧度与显微组织之间的关系进行了研究。结果表明，在其相变点以上的980℃热处理，炉冷可获得高于空冷的冲击韧度，主要是由于炉冷冷却速度慢，魏氏组织中的α片厚度和长度以及晶界α的宽度比空冷组织中的α相大，冲击断裂时，裂纹在α集束和β晶界发生大角度偏转，在α/β相界发生停滞和偏转，使裂纹扩展路径更曲折，因而吸收的能量更多，冲击韧度更高。相变点以下热处理的冲击试样微裂纹的形核位置主要集中于初生α相界和α/β相界。915℃处理可获得最高的冲击韧度，而其炉冷可获得高于空冷的冲击韧度，炉冷试样的晶间转变β相内次生α相发生明显宽化，强化效果明显较弱，相对于空冷组织中的次生α相是一种韧性相，当裂纹扩展与之相遇时，要产生塑性变形，消耗较多的能量，从而提高了韧性。750℃处理的Ti700合金炉冷和空冷的冲击韧度最低，550℃处理直接时效高于750℃处理的冲击韧度，但低于915℃处理的冲击韧度，固溶时效处理的韧性较低。     

高铌TiAl/Ti600合金电子束焊接头组织与性能

对高铌TiAl/Ti600合金进行了电子束焊接试验以便对高温钛合金与高铌TiAl合金高质焊接提供理论及试验依据,采用金相显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等设备对焊接试样进行了分析.结果表明,高铌TiAl/Ti600接头极易产生裂纹缺陷.接头焊缝主要形成细针状α₂-Ti₃Al相及α-Ti相,而高铌TiAl侧热影响区呈现板条状及等轴组织形貌,Ti600侧热影响区为针状α'相.接头焊缝区硬度最大,达到586 HV,Ti600侧向高铌TiAl侧过渡过程中硬度逐渐增大,由焊缝到两侧热影响区硬度过渡梯度较大.高铌TiAl/Ti600电子束焊接头室温抗拉强度可达516 MPa,且接头断裂于偏高铌TiAl侧焊缝区,断裂性质为典型的脆性解理断裂,呈现穿晶断裂特征.     

TC18合金大型锻棒冲击韧性的横纵向差异研究

针对TC18合金大型锻棒冲击韧性的横纵向差异及其内在原因进行了系统研究。夏比冲击实验显示,锻棒头部、中部和尾部3处C-L试样的冲击韧性均高于C-R试样。示波冲击实验发现,抵抗裂纹萌生的能力是决定合金冲击韧性的关键因素,C-L试样的裂纹萌生功明显大于C-R试样。断裂形貌分析表明,裂纹以微孔聚集方式萌生,主要起源于试样缺口附近的强化相界面处(如晶界α相)。C-L样品中微观组织的拉长方向和开裂方向平行,但和微孔萌生后聚集生长的方向垂直,裂纹不易生长至临界尺寸进行纵深扩展,因而消耗的裂纹萌生功较高,表现出较好的冲击韧性;相反,C-R样品的初生α相(包括晶界α相)和裂纹萌生的方向相同,裂纹容易顺着强化相界面生长至临界尺寸而失稳扩展,从而导致较低的冲击韧性。     

TC18合金大型锻棒冲击韧性的横纵向差异研究

针对TC18合金大型锻棒冲击韧性的横纵向差异及其内在原因进行了系统研究。夏比冲击实验显示,锻棒头部、中部和尾部3处C-L试样的冲击韧性均高于C-R试样。示波冲击实验发现,抵抗裂纹萌生的能力是决定合金冲击韧性的关键因素,C-L试样的裂纹萌生功明显大于C-R试样。断裂形貌分析表明,裂纹以微孔聚集方式萌生,主要起源于试样缺口附近的强化相界面处(如晶界α相)。C-L样品中微观组织的拉长方向和开裂方向平行,但和微孔萌生后聚集生长的方向垂直,裂纹不易生长至临界尺寸进行纵深扩展,因而消耗的裂纹萌生功较高,表现出较好的冲击韧性;相反,C-R样品的初生α相(包括晶界α相)和裂纹萌生的方向相同,裂纹容易顺着强化相界面生长至临界尺寸而失稳扩展,从而导致较低的冲击韧性。     

多尺度层状组织结构TC21钛合金及其对力学性能的影响研究

本文选用典型的高强韧TC21钛合金,利用基于伪调幅分解机制的“Step quenching”热处理工艺调控和优化多尺度层状组织结构及其力学性能。利用 SEM、TEM 等研究多尺度层状组织结构的微观组织形貌、断口表面形貌、横截面裂纹扩展形貌等特征。结果表明等温淬火温度对α相析出行为和合金力学性能有强烈影响。将试样在930℃ 固溶1h,分别在0℃-600℃ 温度范围等温保温2小时后水冷到室温,次生α相的宽度逐渐增加,硬度先增加后稍有降低,在400℃保温的硬度达到最高值;将试样从880℃-960℃固溶1h,并在400℃等温保温2h后水冷至室温,分别获得粗片层组织、多尺度层状组织和细片层组织,合金的硬度和强度随固溶温度升高依次增加。然而,多尺度片层组织表现出优异的抗裂纹扩展能力,其断裂韧度高达104MPa?m1/2,显著高于粗片层组织（67MPa?m1/2）和细片层组织（33MPa?m1/2）,机制分析结果表明这归因于滑移难以穿过相界面、曲折的裂纹扩展路径和裂纹偏转等特性。