TA5钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与疲劳裂纹扩展速率的关系

研究了大规格ＴＡ５钛合金热轧环村的疲劳裂纹扩展门槛值ΔＫ＿（ｔｈ）与疲劳裂纹扩展速率加ｄａ／ｄＮ之间的关系。结果表明，Δｋ＿（ｔｈ）值可由近门槛区的ｄａ／ｄＮ表达式直接按定义ｄａ／ｄＮ值算，而无需进行繁琐的试验测定。这一结果同样适用于β区加热热轧ＴＡ５钛合金板材。     

疲劳裂纹扩展行为的研究现状及钛合金的疲劳裂纹扩展特征

疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一.论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响.总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型,并讨论了"塑性钝化模型"和"裂纹闭合效应"与实际观察结果存在的矛盾.最后,对钛合金疲劳裂纹扩展研究的内容和研究结果进行了概述.     

TA15钛合金的高周疲劳性能和断裂特征

研究了双态组织的TA15钛合金的高周疲劳性能和疲劳断裂特征,结果表明,β转变组织中次生α相的数量和形态对疲劳性能有显著影响,次生相α相的球化显著降低了合金抗裂纹扩展的能力,而大量的片状次生α相则通过造成疲劳裂纹的分枝有效地降低了疲劳裂纹的扩展速度,提高了疲劳极限.     

TB6钛合金疲劳小裂纹扩展行为

为了研究TB6钛合金自然萌生小裂纹的扩展行为,针对单边缺口拉伸试样开展室温下不同应力比(R=0.1,0.5)的小裂纹扩展实验,采用复型法观测了小裂纹的萌生与扩展情况。结果表明:同一应力比下,随着应力等级的降低,小裂纹的萌生寿命由占全寿命的60%增加到80%,但应力等级对TB6钛合金小裂纹扩展速率没有明显影响。裂纹早期扩展速率受微观组织的影响大,TB6钛合金扩展速率转变临界值是200μm,一旦裂纹长度达到200μm,裂纹扩展速率将不受取向不同的晶界或晶粒影响而迅速提升。TB6钛合金疲劳小裂纹起源于试样缺口根部,所有试样的裂纹大部分为角裂纹,疲劳小裂纹萌生寿命占全寿命的绝大部分。     

基于压缩预制裂纹方法的钛合金裂纹扩展门槛值测试

针对不同尺寸紧凑拉伸试样门槛值实验中存在裂纹扩展速率提前下降的现象,选取R=0.1应力比,对试样宽度尺寸为25,50,75 mm的3组试样,分别进行ASTM E647规定的降载方法(load reduction,LR)与压缩预制裂纹恒载法(compression pre-cracking constant amplit...     

激光选区熔化TC11钛合金的断裂机理及异种载荷下裂纹扩展研究

目的 基于航天航空领域损伤容限性钛合金的设计理念,研究沉积态TC11钛合金拉伸速率相关的断裂机理及异种载荷形式下裂纹扩展路径。方法 采用电子背散射衍射(EBSD)表征由激光选区熔化(SLM)制备的沉积态TC11钛合金的晶粒形貌,利用扫描电子显微镜分析不同应变速率下TC11钛合金的断口形貌和缺陷分布,针对无法原位实时追踪裂纹扩展路径的问题,利用Abaqus相场UEL对裂纹扩展进行研究。结果 沉积态TC11钛合金中,∥BD截面上的晶粒主要为柱状晶并有少部分等轴晶,⊥BD截面上的晶粒全部为等轴晶,组织为由密排立方结构(HCP)的针状α相构成的马氏体,无明显晶粒取向;瞬时载荷下,载荷为1、1.5、2 MPa时,切向裂纹宽度分别为0、7.69、14 mm,角度分别为108°、92°、82°;周期载荷下,载荷为1、1.1、1.2、1.35、1.5 MPa时,裂纹宽度分别为15.56、11.87、26.23、20.51、20.92 mm。结论 随拉伸速率的增加,断裂机理由韧性断裂转化为脆性断裂;瞬时加载时,裂纹萌生并切向扩展,进而裂纹分叉直至完全断裂,且载荷的增加对沉积态TC11钛合金切向裂纹有促进作用,同时可抑制裂纹的分叉;周期加载时,载荷的增加对裂纹宽度先是起促进作用,裂纹达到最大值后稳定在25~20 mm。     

TA5钛合金激光填丝焊接工艺研究

采用激光填丝焊,实现了4 mm厚TA5钛合金I型坡口单道焊双面成型,研究了工艺参数对焊缝成型、气孔率和力学性能的影响,结果表明,焊缝成型美观,抗拉强度最高可达797.5 MPa,为母材的98.2%。激光功率增加,背面焊透量增加,焊缝气孔率先降低后增加,抗拉强度增加;离焦量由负离焦增加到正离焦时,焊缝的咬边缺陷消失,气孔率呈先增后降的趋势,抗拉强度增加;随着焊接速度的增加,背面焊透量降低,气孔率降低,抗拉强度略微降低。金相分析结果显示,焊接时焊缝区完全发生α→β转变,而焊后冷却速度较快,导致焊缝区在冷却过程中生成了大量的针状α′相;热影响区部分发生α→β,主要是由块状α相和锯齿状α相组成。硬度测试结果显示,焊缝中心硬度较高,母材区硬度最低,近母材热影响区到母材方向的硬度出现明显的降低;焊缝顶部的硬度值高于焊缝中心和底部的。     

梯度钛合金裂纹扩展速率测试及梯度对扩展寿命影响

为明确梯度材料中裂纹扩展速率分布情况,对含裂纹TC11-TC4以及TA15-TA2两种组合梯度钛合金进行标准三点弯疲劳试验。试验结果表明:梯度结构中不同部位的相同组分扩展性能相同,给出了4种3D打印组分钛合金的Paris公式;梯度材料组分弹性模量的变化会改变裂纹尖端应力强度因子,对位于模量较低一侧的裂纹扩展有抑制作用;过渡层影响厚度范围内裂纹扩展速率介于两种组分之间且连续过渡,表明梯度材料可以消除异种材料连接的界面效应,提出基于组分材料体积分量的混合率描述梯度层中扩展性能的分布规律;恒定载荷试验中仅扩展方向不同情况下寿命有显著差别,验证了合理安排梯度参数可提高结构出现裂纹后的生存能力,其中扩展性能以及模量的变化分布对扩展寿命均有影响。     

外科植入用TA3钛合金接骨板断裂失效分析

某批次外科植入用TA3钛合金接骨板在使用过程中出现断裂问题,但该批次板材依据GB/T 13810-2007进行检测是合格的。通过金相检验、扫描电镜能谱分析、表面和截面硬度试验等方法,分析了该批次钛合金板材断裂的原因。结果表明:由于该批钛合金板材表面富氧形成硬而脆的污染层,在变形时极易产生微裂纹,从而导致其在使用过程中发生断裂;同时分析认为利用逐渐加大试验载荷测试TA3钛合金板材表面维氏硬度的方法,可以作为分析TA3钛合金板材表面是否存在污染层的一种方法。     

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展的微观机制

通过断口分析讨论了TC4-DT钛合金裂纹扩展的微观机制。从微裂纹的形成,疲劳裂纹初期、近门槛区以及稳态区的扩展,分析了不同组织形态的TC4-DT钛合金对应的裂纹扩展微观机制。分析结果表明,对于片层组织,循环载荷的作用导致断裂表面粗糙及塑性变形过程中相界面产生位错塞积而诱使裂纹萌生。等轴组织变形过程中晶粒产生的断裂表面成为裂纹的萌生源。在近门槛区,等轴组织变形过程中位错累积将导致沿晶界的开裂,从而加速裂纹扩展;双片层组织由于次生α相的尺寸效应会加速裂纹扩展。在稳态扩展区,断口表面由第Ⅰ阶段的锯齿状断裂模式过渡到辉纹断裂模式,表现为塑性条带断裂机制。     

TA5钛合金大厚板低周疲劳特性研究

本文给出了ＴＡ５钛合金的低周疲劳性能试验数据。研究了主冷凝器在循环载荷下，材料循环硬化或软化特性、应力与应变曲线以及应变与寿命的关系，并预示了低周疲劳寿命。此外，对疲劳断口进行了分析对比。     

TC11钛合金全范围疲劳裂纹扩展速率表征

通过疲劳裂纹扩展试验研究了TC11钛合金在不同取向及应力比下的疲劳裂纹扩展行为。结果表明:在相同应力强度因子的情况下,随着应力比的增大,TC11钛合金的疲劳裂纹扩展速率增大。通过TC11钛合金的拉伸性能对裂纹扩展门槛值进行估算,得到了可以对TC11钛合金进行全范围疲劳裂纹扩展速率预测的疲劳裂纹扩展模型,为进一步估算其疲劳寿命提供了依据。     

锻造工艺对TA5钛合金组织和性能的影响

着重研究了TA5钛合金锻造工艺对组织与性能的影响.采用二次真空熔炼熔铸的α/α+β转变温度为990～1 000℃的TA5钛合金,在β相区开坯,经多火次中间锻造后,对其最后一火次的锻造,改变锻造温度和变形量共8种工艺方案进行实验,考察锻造温度和变形率对组织和性能的影响.结果表明:①最后一火次在970℃(α相区)锻造变形,得到的组织为等轴α组织,在1 020℃(β相区)变形得到的组织以粗大的片状α组织为主;②锻造变形率对TA5钛合金的拉伸性能影响不明显;③锻造温度对冲击韧性aK影响较大,成品锻造在β相区变形的aK值均高于α相区的水平.     

船用TA5钛合金宽厚板及大型锻件的研制

<正> 前言 TA5是一种低合金化的α-型钛合金,具有密集六方晶体结构,屈服强度大于588MPa,塑性、韧性、可焊性、成型性与耐海水腐蚀性优良,是一种良好的船舶结构材料。本所与有关冶金厂经十多年的合作攻关,于1982年完成了“TA5钛合金宽厚板及大型锻件”的研制,全部性能达到了原规定的技术指标,1985年10月通过了部级鉴定,并通过了铸锭、板坯、板材、锻件四个技术条件,现可批量生产。     

Ti-6Al-4V钛合金的疲劳裂纹扩展规律

针对熔模铸造Ti-6Al-4V钛合金的等幅疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值进行了研究。结果表明：该钛合金CT试样的疲劳裂纹扩展门槛值高于CCT试样的疲劳裂纹扩展门槛值,同一类试样的疲劳裂纹扩展门槛值随着应力比的增加呈下降趋势;疲劳裂纹扩展速率随着平均应力的增加以及应力水平的增加而增大;根据疲劳裂纹扩展试验数据拟合了Ti-6Al-4V钛合金Paris方程和Walker方程中的相关材料参数,以为材料的使用寿命评估及损伤容限设计提供参考。     

船用TA5钛合金激光焊接接头组织和性能研究

采用IPG光纤激光器对8 mm厚的TA5钛合金进行激光自熔焊接,并对焊接接头的微观组织和力学性能进行分析。结果表明,激光焊接接头表面成形连续、均匀、无飞溅,内部无气孔和裂纹等缺陷。母材组织为细小均匀的等轴α相;焊缝区组织主要由粗大的β柱状晶粒、大量的针状马氏体α'以及少量的板条马氏体组成;热影响区组织主要由等轴α相、少量的针状马氏体α'和少量的残余β组成;在熔合线的边界,柱状晶粒与等轴晶粒联生结晶、外延生长,保证了焊接接头的稳定连接。焊接接头各区域的显微硬度差异较大,最高硬度出现在熔合线附近,焊缝区和热影响区的显微硬度明显高于母材的。对拉伸断裂部位进行观察,拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,这说明激光焊接接头的抗拉强度与母材等强或者略高于母材的,这与大量针状马氏体形成的网篮组织有直接的关系。     

LD2-CS铝材的断裂韧度和裂纹扩展速率

一、概述 某型直升机旋翼大梁由LD2铝材经挤压、热处理和机械加工制成。该大梁是空心变截面梁,毛坯横剖面示意图如图1实线所示。外表面经机械加工(内表面不加工)后,大梁厚度沿展向逐渐减小,翼根和翼尖剖面分别如图1中点划线和虚线所示。服役期中曾发现一旋翼的16截面上自上型面第一加强肋处已有沿弦向     

TA15钛合金两类组织对疲劳性能和断裂韧度的影响

研究了TA15钛合金片状和双态两种典型组织对疲劳性能和断裂韧度的影响,结果表明:在S-N曲线的高应力区,双态组织的疲劳强度高于片状组织;在低应力区,情况则相反,且片状组织的疲劳极限(656MPa)高于双态组织(565MPa).片状组织的疲劳裂纹扩展速率低于双态组织,且断裂韧度K1C高于双态组织,即片状组织的损伤容限性能优于双态组织.     

氢致裂纹慢扩展区断裂表面的分维研究

用垂直剖面法测量了一种含氢高强度钢在静弯矩作用下由裂纹慢扩展形成的断裂表面不同部位的分维 D,发现 D 随断裂表面塑性成分的增加而增加。在平面应变条件下,裂纹慢扩展形成断裂表面的过程是一个增维过程,当分维达到某一临界值时,裂纹失稳扩展。