TC17合金低周疲劳性能与低周疲劳断口形貌

研究了不同温度下TC17合金低周疲劳性能和断口形貌,确定了不同温度下合金低周疲劳曲线的数学表达式,分析了合金棒材低周疲劳断口形貌特征.     

三种组织TC17合金的疲劳裂纹扩展行为研究

本文通过对TC17合金进行常规锻造、β锻造和“β区预变形+(α+β)区大变形”,获得了等轴组织、网篮组织和球化组织三种典型显微组织,并通过裂纹扩展速率测试研究了不同显微组织对TC17合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,显微组织对TC17合金的疲劳裂纹扩展速率具有显著影响,网篮组织的抗裂纹扩展能力最优,球化组织次之,等轴组织最差,基于断裂力学和Paris公式,建立了三种典型组织TC17合金的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,对预测模型的分析发现,三种组织的长裂纹扩展寿命仅占疲劳总寿命的极小部分,控制裂纹起始(形核和短裂纹扩展)更为重要,提高抗疲劳裂纹扩展能力的意义在于提高临界裂纹长度。     

网篮组织TC17合金的球化定量分析和建模

研究具有网篮组织TC17合金的球化行为和机理,建立动态和静态球化的动力学模型.定量和金相结果表明:α相的球化对变形和热处理工艺参数十分敏感.通过EBSD分析,α内晶界的形成和演化机制与不连续动态再结晶和连续动态再结晶两种机制有关,并在热处理后分别形成和相邻晶粒取向差大和取向差小的两种α晶粒.基于球化行为和机理,建立两种...     

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。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的疲劳断口研究

采用单边缺口试样,用扫描电镜观察了TC4-DT钛合金母材及电子束焊接接头焊缝区与热影响区的疲劳断口,分别分析了疲劳裂纹起裂源、扩展区及瞬断区的断口形貌特征.结果表明,疲劳裂纹均起裂于试样缺口根部,并由试样的一侧扩展到另一侧,裂纹扩展初期均沿一定的结晶面扩展,属于脆性穿晶断裂;母材和热影响区的瞬断部位均有明显的韧窝出现,属于塑性沿晶断裂,而焊缝区断口上韧窝不明显;热影响区疲劳断口有疲劳条带出现,但在母材和焊缝区断口上很难看见.     

固溶处理后冷却速度对TC17合金显微组织和性能的影响

研究了不同冷却速度对TC17合金棒材固溶和固溶时效状态显微组织和性能的影响.论述了冷却速度对初生α相和次生α相影响规律,σb和σ0.2值随冷却速度的降低而降低,三种冷却速度的固溶和固溶时效试样拉伸断口均为塑性断口.     

TC11钛合金棒材显微组织等轴细晶化工艺研究

本文对TC11钛合金棒材显微组织不均匀缺陷产生原因及消除途径进行了研究。结果表明,由于铸锭最初锻造温度在β相区,随后两相区锻造变形量不大且分布不均匀,致使部分晶界α和二次α聚集并粗化呈块状,或沿主变形方向拉长呈条状,或遗留下原晶界α。若采用(α+β)中间形变热处理+β处理、水冷+再结晶退火、空冷的工艺,可完全消除晶界α,拉长α和块状α相,获得均匀细小等轴α组织,初生等轴α相的平均直径可细化至1.9μm。     

TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率

研究了显微组织形态对TC17钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并结合裂纹扩展路径进行了分析。结果表明,对于TC17合金,在裂纹扩展的第I阶段和第III阶段,等轴组织随着固溶温度的升高,扩展速率加快,显微组织对中速区的裂纹扩展速率影响不大;对两种片层组织结构的裂纹扩展速率分析结果表明,仅固溶态的组织在裂纹扩展的整个阶段具有较低的裂纹扩展速率,并且起裂区对应较高的应力强度因子,裂纹在固溶态组织中的扩展路径较固溶时效态的曲折。     

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。     

三重热处理对TC21钛合金网篮组织及拉伸性能的影响

对TC21钛合金进行三重热处理试验,研究了热处理温度和冷却速率对TC21钛合金网篮组织及拉伸性能的影响。结果表明,TC21合金在β单相区高温（990℃）固溶后,再经历两相区低温（870～910℃）固溶和低温（590℃）时效后,合金的显微组织呈现典型的网篮组织。随着第二重热处理温度的升高,片状α相含量和长度显著减小,厚度增加,合金的强度增加,塑性下降。经不同的冷却速率处理后,水冷和空冷试样的显微组织均由α相、β相和马氏体αy组成,而炉冷试样仅由α相和β相组成。三者的拉伸性能相比较,水冷和空冷试样表现为强度较好,塑性较差;炉冷试样表现为塑性较好,强度较差。TC21合金较好的三重热处理工艺为：990℃/1 h, AC+870℃/1 h, AC+590℃/4 h, AC。     

TC17钛合金线性摩擦焊工艺研究及显微组织分析

采用不同焊接频率（20-50Hz）、振幅（1-4mm）、摩擦压力（32-96MPa）对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊试验研究,分析了不同焊接参数对钛合金线性摩擦焊接头质量的影响及接头不同区域显微组织演变规律。结果表明：热输入不足时,无法得到良好的焊接接头,其他焊接工艺参数不变时,随着单一参数的增加,热输入量迅速升高,焊接过程达到稳定状态,参数对焊接过程及接头质量的影响较小。TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头焊缝区域在焊接过程中发生了明显的相变及动态再结晶,形成亚稳定β相;两侧热力影响区由于受到热力耦合的作用,等轴及板条状α相沿着振动方向拉长,针状次生α相完全溶解。     

热处理温度对等轴初晶TC4钛合金组织及性能的影响

研究了热处理温度对初始等轴组织TC4钛合金显微组织及力学性能的影响。随热处理温度的升高,合金的组织逐渐由等轴态转变为双态和β转变组织,同时其力学性能也随之发生变化。其中热处理温度在950~970℃之间时可获得综合力学性能较好的双态组织。研究结果表明,可通过调节热处理条件实现TC4合金的组织性能调控。     

固溶处理对TC17合金组织与性能的影响

对厚度为8．0mm的TC17合金固溶处理温度、时间、冷却方式进行了研究，讨论了热处理工艺参数、组织与性能之间的关系，为该合金板材选择合适的热处理制度提供依据。     

激光线能量对TC17钛合金焊接接头组织和疲劳性能的影响

在不同的激光线能量条件下对TC17钛合金进行了焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸和疲劳试验机对接头的宏观形貌、微观组织和力学性能进行了对比研究。结果表明：随着激光线能量的增加,焊缝宏观形貌由Y型转变为X型、焊缝中气孔缺陷数量先增加后减少,气孔缺陷主要分布在焊缝的中下部。焊缝由柱状晶粒组成,柱状晶内部存在条形枝晶,枝晶间距随着线能量的增加而逐渐增大。热影响区由尺寸较小的等轴晶组成,随着激光线能量的增加,α相晶粒逐渐细化,而β相逐渐粗化。在拉伸和疲劳试验中,TC17激光焊接接头均断裂在焊缝。受焊缝内部枝晶尺寸的影响,抗拉伸强度随线能量的增加而降低。气孔是导致疲劳断裂的主要原因,气孔缺陷数量越少,则疲劳寿命越长。     

TC17钛合金构件激光直接成形固态相变行为及显微组织

采用激光熔化沉积技术直接成形TC17钛合金构件,利用OM、SEM以及XRD分析其显微组织特征,并重点研究了其在激光短时循环加热冷却作用下的固态相变行为及显微组织演化特点。结果表明,激光熔化沉积TC17钛合金具有定向外延生长的"指节"状晶粒和少量等轴晶交替排列的凝固组织,其显微组织是由不规则片状初生α相和细小网篮状β转变组织组成的超细特殊双态组织。最后约12个沉积层内由于热循环历史不同,使得不同沉积层固态相变显微组织不同:顶部4个沉积层内显微组织为相变点以上快速冷却形成的细针状马氏体,第N-4~N-6层由细针状马氏体和马氏体分解形成的少量不规则片状初生α相组成,第N-7~N-11层内逐渐形成特殊双态组织。     

喷丸强化对TC4钛合金组织结构的影响

对TC4钛合金试样进行喷丸强化,采用OM、SEM、TEM等技术对喷丸强化试样的组织结构进行观察分析。结合显微硬度沿表层的分布,分析喷丸强化变形层的组织结构特征和加工硬化机制。结果表明,喷丸强化后位错的运动和组态的变化使TC4钛合金表层的组织和亚结构细化,而且可以在表层强变形区形成孪晶,从而产生强烈的加工硬化效应。     

铸态TC17钛合金流动应力预测

通过热模拟压缩试验对铸态TC17钛合金的高温变形行为进行了研究。温度范围1073-1373K,应变速率范围0.01-20s_^-1。建立了四种本构模型,分别是应变补偿双曲正弦模型、修正Arrhenius模型、Johnson Cook模型和修正Johnson Cook模型,用来表征铸态TC17钛合金的高温流动应力。采用相关系数、平均相对误差和相对误差统计分析了四种模型的准确性,结果表明：Johnson Cook模型不能用来描述铸态TC17钛合金高温流动应力;在α+β两相区,应变补偿双曲正弦模型精度最高,而在β单相区修正Johnson Cook模型更为准确;在整个变形温度范围内,应变补偿双曲正弦模型比其他几种模型的准确性更高。     

激光冲击TC17钛合金叶片的微观组织/应力演变及缺口振动疲劳性能

目的 提高航空发动机叶片的抗疲劳性能。方法 采用高功率密度短脉冲激光冲击某型发动机TC17钛合金整体叶盘叶片模拟件,并采用飞秒激光在进气边预制缺口。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征激光冲击前后的表层微观组织。通过X射线衍射和三坐标测量仪分别测量激光冲击强化过程中的残余应力演变和宏观塑性变形,并由一阶弯曲振动疲劳对激光冲击强化效果进行评价。结果 激光冲击在TC17钛合金叶片表层诱导产生了高密度位错组织,但由于冲击次数的控制,未产生明显的晶粒细化效应。激光冲击叶盆面后,叶盆面呈现压应力状态,残余应力为330.5 MPa,叶背面呈现拉应力状态,其值为55.5 MPa。进一步激光冲击叶背面后,叶背面的拉应力转变为压应力,其值达到了267.0 MPa,叶盆面残余压应力减小,由330.5 MPa变为261.9 MPa。激光冲击叶盆面后,进气边与叶尖交点偏离初始位置0.119 1、0.129 1 mm;冲击叶背面后,位移偏离初始位置减小,分别为0.071 08、0.099 mm。激光冲击强化后,缺口振动疲劳寿命显著提升,平均循环次数由56 696周次增加到199 515周次,出现了明显的裂纹闭合效应。结论 激光冲击强化在TC17钛合金表层引入了高密度位错组织和双面贯穿式残余压应力,并将叶片宏观塑性变形控制在0.1 mm以内,在疲劳性能上获得了显著的提升。     

魏氏组织TC17钛合金绝热剪切带(ASB)的组织与织构

利用热模拟试验机对原始组织为魏氏组织的TC17钛合金进行了热压缩试验,采用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了不同变形参数对魏氏组织TC17钛合金材料显微组织与结构的影响。结果表明:在700℃以上进行热压缩变形时,魏氏组织TC17钛合金的材料均发生绝热剪切行为,所形成的ASB中心区域组织主要由动态再结晶形成的等轴状β相晶粒和少量α相组成。随变形温度升高,残余α相略有增加,β相晶粒尺寸增大。不同变形参数对于ASB中心区域β相的取向分布影响甚微,在β相中主要形成高斯织构。同时绝热剪切敏感性的研究表明,魏氏组织TC17钛合金具有较高的绝热剪切敏感性,且随变形温度升高,绝热剪切敏感性增强。