预应变对TC4ELI钛合金变形行为的影响

对TC4ELI钛合金分别进行正向拉伸-反向压缩和正向压缩-反向拉伸试验,研究预应变对其后续反向变形行为的影响。结果表明:两种加载方式下,TC4ELI钛合金反向屈服强度均随着预应变的增大先降低后趋于稳定,表现出明显的包申格效应。预拉伸试验下的饱和预应变约为2%,预压缩试验下的饱和预应变约为4%。预压缩后强度降低更加明显。晶体取向差异和α相的高度不对称密排六方结构导致材料在加载过程中出现非均匀塑性变形,产生残余应力,这是诱发TC4ELI钛合金产生包申格效应的主要机制。     

医用TC4ELI钛合金板材缺陷分析

某医用TC4ELI钛合金板材在进行低倍检查时发现其存在贯穿的亮带缺陷,通过金相检验、扫描电镜分析、能谱分析和硬度测试,对缺陷种类和形成原因进行了分析。结果表明:该缺陷为富钛+间隙元素偏析缺陷,是由钛合金铸锭生产过程中海绵钛粒度不均匀、中间合金混料分布不均匀导致的;建议通过控制原料和熔炼工艺来减少或消除该缺陷。     

利用原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

针对目前金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定中存在的测定周期长、试样尺寸较大以及单位周次裂纹扩展长度测量误差较大等问题,采用扫描电镜原位观察技术测定了TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值,即通过扫描电镜对裂纹扩展长度的实时精确测定实现快速获得材料的疲劳裂纹扩展门槛值。结果表明：利用该方法测得的TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与已报道的数据基本一致,并且具有快速简便等优点,表明该方法可以用来测定金属材料的疲劳裂纹扩展门槛值。     

激光增材制造体育器材用TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

目的 揭示应力比对增材制造TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响规律。方法 采用紧凑型拉伸试样,在恒载荷幅条件下对激光增材制造TC4钛合金进行了应力比为0.1、0.3和0.5的疲劳裂纹扩展实验,定量评价了不同应力比下合金的疲劳裂纹扩展速率和变化规律。基于Paris公式对裂纹扩展速率进行了拟合,分析了应力比对各参数的影响规律。最后通过扫描电镜对断口表面形貌进行了观察,分析了应力比对断裂模型的影响。结果 在相同的?K条件下,疲劳裂纹扩展速率随着应力比的增大而增大。在Paris公式中,参数C随应力比的增大而减小,参数m随应力比的增大而增大,并且m和lg C呈现线性关系。随应力比的增大,断口表面的河流花样增多、疲劳辉纹变浅、二次裂纹数量增加。结论 应力比引起的裂纹尖端闭合效应和平面应力比变化是导致裂纹扩展速率发生改变的主要原因。     

温度对TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响

对TC4-DT损伤容限型钛合金在150℃,25℃下的疲劳裂纹扩展速率da/dN进行了测试,给出了扩展速率和应力强度因子幅值△K之间的关系曲线.用SEM对2种温度下断口形貌进行了观测,实验结果表明,150℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率,25℃的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值;稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存,150℃的da/dN试样中的疲劳辉间距比25℃试样细;快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征,150℃的da/dN试样中的韧窝比25℃试样深.     

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。     

铸造TC4钛合金电子束焊残余应力测试

对铸造TC4钛合金进行电子束焊接,使用X射线衍射法对焊后母材、热影响区以及焊缝的表面残余应力分布状况进行测试和分析。结果表明：垂直于焊缝方向的测试点上,焊缝及热影响区在横、纵两个方向上主要存在拉应力;剪切应力数值均在±50MPa范围内,可以认为对焊缝性能没有影响。沿焊缝长度方向的测试点上,无论横向应力还是纵向应力,焊缝起始端的应力值要低于焊缝终止端的应力值。纵向残余应力表现为拉应力,横向残余应力由压应力逐渐向拉应力方向转变。     

钛合金慢应变速率拉伸应力腐蚀行为研究

对TA31和TC4ELI两合金分别在干燥空气、3.5% NaCl环境下进行慢应变速率拉伸试验。结合应力-应变曲线以及断口宏观、微观组织分析两种材料的应力腐蚀敏感性。结果表明:在35℃、3.5%(w,下同) NaCl溶液、应变速率为10^-6/s条件下,TC4ELI合金应力腐蚀敏感性较高,在5×10^-7/s和5×10^-6/s的应变速率下应力腐蚀敏感性较低;TA31合金在上述3种应变速率下应力腐蚀敏感性均较低;在3.5% NaCl环境中,TA31合金断口形貌较空气中试验的断口形貌无明显的变化,TC4ELI则出现较明显的解理面。     

3Cr钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

采用电化学测量技术、静态和动态浸泡试验研究了3Cr钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,从而为3Cr钢在Cl-腐蚀环境中的使用提供参考。结果表明:3Cr钢在动态腐蚀条件下比静态腐蚀时具有较正的开路电位、较高的电化学腐蚀速率和低的电化学阻抗;长期静态浸泡后,动态腐蚀加速了3Cr钢的腐蚀,点蚀更为严重;在25~80℃内,动态腐蚀速率在60℃时为最大值。     

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。     

考虑相变的TC4钛合金流动应力研究

为完善TC4钛合金的塑性成形理论,必须建立准确的流动应力模型,而TC4钛合金的流动应力不仅与温度、应变速率和应变量相关,也受到βα+β相变的影响.本文通过等温实验和DSC实验研究了900℃时TC4钛合金的等温与连续冷却过程中的相变动力学,建立了相变动力学模型;通过Gleeble 3800热模拟机进行热压缩实验,根据实测的TC4钛合金在高温β区与低温α+β区的流动应力曲线,建立了流动应力模型;将相变动力学模型与流动应力模型结合,建立了考虑相变的流动应力模型;最后将TC4钛合金在900℃等温不同时间后进行压缩变形,对比实验得到的流动应力曲线与模型计算得到的流动应力曲线,验证了该模型的准确性.     

TC4-DT钛合金与异种材料接触腐蚀与防护研究

通过测定TC4-DT钛合金与铝合金、钢及其阳极氧化或电镀后组成的电偶对的电偶电流的方法,研究了TC4-DT钛合金与上述异种材料之间发生电偶腐蚀的敏感性。结果表明:TC4-DT钛合金与铝合金、钢接触时极易发生电偶腐蚀,不能直接接触使用,必须采取有效的防护措施。对钛合金和铝合金进行阳极氧化处理,可降低电偶腐蚀敏感性;对钛合金进行阳极氧化处理,同时对钢进行电镀镉-钛处理可以在一定程度上降低电偶腐蚀敏感性。     

激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

为了研究激光熔覆修复对TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,采用激光熔覆技术,通过逐层堆积TC4钛粉,对TC4钛合金板表面凹槽进行修复。利用光学显微镜和扫描电镜分别观测试样的微观结构和疲劳断口,采用疲劳裂纹扩展实验测定试样裂纹长度与循环次数,利用修正的七点递增多项式拟合法获得每组3个试样在相同裂纹长度下的疲劳裂纹扩展速率。实验结果表明:激光修复区由β晶粒和沿晶界连续分布的α相组成,属于典型的魏氏组织,热影响区由等轴的α晶粒和β转变组织组成,属于典型的双态组织;同母材相比,激光熔覆修复件疲劳裂纹扩展速率显著降低。TC4钛合金熔覆修复件抗疲劳裂纹扩展能力的提高归因于魏氏组织断裂韧性高和双态组织优异的综合力学性能。     

TC4钛合金低压真空渗氮处理

为了改善表面性能,对TC4钛合金在不同温度下进行低压真空渗氮处理。采用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了渗氮层的组织结构,测试了渗氮层的显微硬度和耐磨性。结果表明,TC4钛合金经低压真空渗氮处理后,可获得由表层Ti N和次表层Ti2Al N组成的改性层。温度较低时,表面形成氮化物数量较少,渗层较薄,硬度较低。随温度升高,氮化物数量增多,渗层厚度增加,硬度及耐磨性也随之增加,温度达820℃时,表面硬度可达1000~1100 HV,硬化层深度为50~60μm。温度继续增加,氮化物聚集长大,渗氮层开始变得疏松,硬度及耐磨性下降。     

TC4钛合金的低温拉伸性能

通过对合金的显微组织、相组成以及拉伸性能曲线的分析,研究了243K低温下TC4钛合金的拉伸行为,结果表明:243K低温环境下TC4钛合金的拉伸强度和屈服强度都有所提高,但延伸率有一定程度的下降;合金的显微结构在光学显微尺度上没有明显变化,但α固溶体的取向性变小.     

TC6钛合金真空感应渗氮层的电化学腐蚀行为研究

为了评估渗氮强化后TC6钛合金在含氟离子溶液中的耐蚀性,利用间歇式真空感应渗氮技术在合金表面获得渗氮层,研究了渗氮层的组织结构及其在HNO3+HF体系溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:经真空感应渗氮处理后的TC6钛合金表层物相为Ti N,氮化层随温度升高而增厚。经开路电位(OCP)、极化曲线及交流阻抗(EIS)测试后发现:随渗氮温度的升高,TC6钛合金的抗腐蚀性能逐渐提高,和原样相比腐蚀电流密度降低了27倍,而薄膜电荷转移电阻R1最高达到1.110×1014Ω·cm2。经电化学腐蚀后的试样表面具有明显腐蚀坑,腐蚀形态均为点蚀。     

锻造工艺对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了不同锻造工艺(近β锻造、准β锻造、两相区锻造)对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,对比分析了不同锻造工艺的微观组织和疲劳裂纹扩展路径的关系.研究结果表明,与两相区锻造和近β锻造相比,TC4-DT和TC2l钛合金经准β锻造后的疲劳裂纹扩展速率最低.准β锻造的锻件疲劳裂纹扩展路径曲折程度大,断口表面粗糙度大,有效地降低了疲劳裂纹扩展速率.     

X60钢在硫化氢溶液中的应力腐蚀裂纹扩展研究

输送石油和天然气的X60钢管存在应力腐蚀裂纹扩展的危险.为此,将X60螺旋埋弧焊管试样置于100,500,1000 mg/L的H2S水溶液中,采用改进的楔形张开加载(WOL)试样和恒位移的加载方法进行试验,测定了X60焊接接头在不同环境下的应力腐蚀裂纹扩展速率.结果表明:在低浓度(100 mg/L)下没有观察到裂纹扩展的情况,说明X60材料具有一定的抗硫化氢应力腐蚀开裂能力;随硫化氢浓度的提高,裂纹扩展速率增大,所以在高浓度硫化氢溶液中,这种材料的硫化氢应力腐蚀开裂情况仍需特别注意.     

TC4钛合金热丝钨极氩弧焊接头组织性能研究

对TC4钛合金热丝钨极氩弧焊(hot-wire-TIG)焊接接头组织与性能进行研究,采用金相显微镜观察焊接接头各区域的微观组织特点,并对接头显微硬度和力学性能进行了测定。结果表明,钛合金热丝TIG焊接接头内部无焊接缺陷,焊缝性能优良;焊缝为典型的铸造组织,由粗大的柱状晶和少量等轴晶组成,晶粒内部可以看到细长的针状α′相;热影响区形成粗大的等轴晶粒,其组织主要有细针状α相和残余β相构成;焊接接头的抗拉强度均值为924 MPa,与母材相当;热丝TIG焊缝冲击功较母材提升明显,基本达到母材的1.5倍以上,最大达到66 J;焊缝冷弯角度达到指标要求。     

莫来石陶瓷的室温应力腐蚀开裂行为

分别在空气、蒸馏水和碱性溶液中测定了莫来石陶瓷材料在不同外加应力水平下的室温断裂寿命,探讨了应力腐蚀裂纹缓慢扩展机理．研究表明,在高载荷下,吸附效应为裂纹扩展的主导机理,而在低载荷下,裂纹尖端钝化效应为主导机理．此外,在蒸馏水和碱性溶液两种介质中裂纹扩展指数N值有所不同,反映了介质对水合层的不同溶解能力．