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。     

新型低成本钛合金高周疲劳性能和断裂韧度

研究了双态组织和片层组织对新型低成本钛合金室温拉伸性能、断裂韧度以及高周疲劳性能的影响。试验结果表明：双态组织的抗拉强度低于片层组织,同时具有更高的拉伸塑性;由于裂纹在片层组织中的扩展方向的改变比在双态组织中更频繁;因此,具有更高的断裂韧性（119.24 MPa.m1/2）;相对于片层组织,双态组织抗疲劳裂纹萌生的能力更强,具有更高的疲劳强度（790 MPa）。     

激光熔化沉积TC18钛合金组织及缺口高周疲劳性能

研究了激光熔化沉积TC18钛合金沉积态及热处理后的组织,以及室温缺口高周疲劳裂纹萌生和扩展特性.激光熔化沉积态组织由具有沿沉积方向定向生长特征的短柱晶及等轴晶组成,晶粒内部为超细的网篮组织;通过双重退火处理后,组织转变为较粗大的片层状网篮组织.研究表明,随着试样最大循环应力的升高,主裂纹长度降低,疲劳寿命也降低;激光熔化沉积TC18钛合金缺口疲劳裂纹源唯一,且起源于缺口根部表面处;疲劳裂纹扩展区发现两种类型的二次裂纹,二次裂纹有助于消耗裂纹扩展能,有助于提高疲劳极限.     

Ti-55531合金的高周疲劳断口形貌分析

基于断口学理论、借助SEM分析技术,分析高强韧Ti-55531合金片层和双态组织在不同应力幅下的高周疲劳断口形貌特征,揭示应力幅和组织因素对该合金高周疲劳裂纹萌生的协同作用机制,阐明组织因素对合金疲劳裂纹扩展的影响规律。结果显示:应力幅大小对片层组织的疲劳裂纹萌生行为有显著影响,但对双态组织影响较小。在疲劳裂纹扩展前期,片层的裂纹扩展速率大于双态的;但在裂纹扩展中后期,双态的裂纹扩展速率反而更高。     

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。     

TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能分析

在相同热处理制度下,开展了TA15钛合金母材与TA15线性摩擦焊接头高周疲劳性能试验,并对疲劳断口进行扫描电镜分析. 结果表明,从S-N曲线低应力区到高应力区,焊缝针状组织的疲劳强度高于母材双态组织,随着应力的增大,两种组织的疲劳强度差异逐渐缩小;接头针状组织的疲劳极限(463 MPa)高于母材双态组织(423 MPa). 断口分析结果表明,TA15母材的疲劳断口相对较平,扩展区二次裂纹较少,而线性摩擦焊接头中存在较多的二次裂纹,降低了裂纹扩展速度,说明针状组织的疲劳性能优于双态组织.     

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。     

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。     

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。     

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.     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金φ300 mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:经800℃×2 hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织.等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率:双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率:片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同.总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得R_m≥3825 Mpa,R_(P0.2)≥750 Mpa,A_5≥8%,K℃≥90 Mpa ,疲劳裂纹扩展速率小于8×10~(-6)～9×10~(-6) mm/cycle的综合性能.     

Effect of stress ratio on long life fatigue behavior of Ti-Al alloy under flexural loading

A new ultrasonic three-point bending fatigue test device was introduced to investigate fatigue life ranging up to 10^10 cycles and associated fr＇dcture behavior of Ti-Al alloy. Tests were performed at a frequency of 20 kHz with stress ratio R=0.5 and R=0.7 at ambient temperature in air. Three groups of specimens with different surface roughness were applied to investigate the effect of surface roughness on fatigue life. Furthermore, optical microscopy（OM） and scanning electron microscopy（SEM） were used for microstructure characteristic and fracture surface analysis. The S-N curves obtained show that fatigue failure occurs in the range of 10^5-10^10 cycles, and the asymptote of S-N curve inclines slightly in very high cycle regime, but is not horizontal for R=0.5. Fatigue limit appears after 10s cycles for R=0.7. Surface roughness （the maximum roughness is no more than 3 μm） has no influence on the fatigue properties in the high cycle regime. A detailed investigation on fatigue fracture surface shows that the Ti-Al alloy studied here is a binary alloy in the microstructure composed of α2-Ti3Al and γ-Ti-Al with fully lamellar microstructure. Fractography shows that fatigue failures are mostly initiated on the surface of specimens, also, in very high cycle regime, subsurface fatigue crack initiation can be found. Interlamellar fatigue crack initiation is predominant in the Ti-Al alloy with fully lamellar structure. Fatigue crack growth is mainly in transgranular mode.     

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。     

激光沉积TA15钛合金退火处理工艺及网篮组织变形机制研究

以TA15钛合金球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究了α+β两相区退火处理对TA15钛合金室温拉伸性能和显微组织的影响,并对网篮组织在拉伸过程中的变形机制进行讨论。结果表明：经α+β两相区不同温度退火后,显微组织为网篮组织或近网篮组织,退火温度对α相的形貌尺寸具有明显影响;退火后力学性能仍表现出方向上的各向异性：沉积方向上强度较低,塑性较好,而垂直沉积方向上强度高,塑性较差;粗大的层间区组织滑移变形具有“开路”作用,而柱状晶晶界对α相的滑移产生一种“固定”作用;显微硬度值随退火温度升高变化不大,显微硬度值受α相含量影响;网篮组织中的α片层组织在应力的作用下由原来近似正交方向逐渐向近似平行于应力方向变形,α片层组织的交错排列导致滑移变形时互相产生阻力;α+β两相区退火处理后的两种方向上断口形貌相似,断裂方式相同,均为韧性断裂。     

TC4-DT钛合金片层组织疲劳裂纹扩展速率研究

主要讨论了TC4-DT钛合金不同片层结构的疲劳裂纹扩展速率,试验通过几种不同的热处理工艺获得不同的片层组织结构参数,深入研究了片层组织结构参数对疲劳裂纹扩展速率的影响规律,并对裂纹扩展断口进行了分析。结果表明：双重处理空冷条件获得细片层组织较炉冷条件获得粗片层组织具有较高的疲劳裂纹扩展阻力;多重热处理由于获得的次生α片层,导致不同阶段裂纹扩展机理与双重处理的不同。在相同的第一重处理条件下,多重处理在中速扩展区的裂纹扩展速率较双重刚处理的高。由于次生α片层组织协调性好会加快裂纹的扩展,具有较双重空冷处理较高的裂纹扩展速率。     

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展及裂纹尖端塑性区

研究了TC4-DT钛合金不同组织的疲劳裂纹扩展行为,观察了疲劳裂纹在不同显微组织中的裂纹扩展路径,分析了不同显微组织的裂纹尖端塑性区变形情况,并与理论计算结果进行了对比。结果表明,疲劳裂纹在片层组织中扩展路径曲折,且片层组织的裂纹尖端塑性区较双态组织的大,理论计算的裂纹尖端塑性区的范围较实际测量的范围小得多。     

TB6钛合金疲劳及裂纹扩展性能研究

本文对TB6钛合金锻件弦向和径向两种取样方向分别进行了室温和200℃下旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳和疲劳裂纹扩展性能试验研究。试验结果表明,弦向（C）和径向（R）两种取样方向对该合金锻件的旋转弯曲高周疲劳、轴向低周疲劳性能和疲劳裂纹扩展性能没有影响;温度升高可加速该合金锻件的疲劳裂纹萌生,但在裂纹扩展阶段,该合金高温下的韧性优势与屈服强度降低的劣势平衡的结果使其在室温～200℃温度范围内的疲劳性能基本不受温度的影响;在10—20mm的厚度范围内,厚度对该合金的疲劳裂纹扩展性能没有影响;在3．5％NaCl盐雾环境中。腐蚀介质对TB6钛合金的疲劳裂纹扩展速率在初始阶段有迟滞作用,但在应力强度因子范围大于14MPa m后有加速作用。     

微观组织对TA15 ELI钛合金损伤容限性能的影响

研究了TA15 ELI钛合金43 mm厚板的等轴组织、双态组织和片层组织的室温拉伸性能、断裂韧性(KIC)以及疲劳裂纹扩展速率(da/dN)等损伤容限性能,通过金相显微镜观测了疲劳裂纹在各类组织中的扩展规律,讨论显微组织对该合金损伤容限性能的影响.结果表明该合金等轴组织和双态组织的室温力学性能和疲劳裂纹扩展阻抗差别不大;相对等轴组织和双态组织而言,该合金片层组织在损失强度较小的前提下(Rm=992 MPa),合金断裂韧性提高,达到111 MPa·m1/2,同时该合金的疲劳裂纹扩展速率也大幅降低,其Paris公式拟合参数为c=1.08×10-8,n=3.23,具有更好的损伤容限性能.     

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。     

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。