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。     

氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响

为了研究氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响,采用Zwick/Z100型材料试验机对置氢Ti-6Al-4V合金进行了压缩试验,并利用OM、XRD和TEM等材料分析方法对合金的微观组织进行了观察.研究表明:置氢前,Ti-6Al-4V合金由等轴的α相和β相组成,置氢后,出现马氏体组织和氢化物;随氢含量增加,马氏体和剩余β相数量增多;氢提高了Ti-6Al-4V合金的抗压强度和塑性等室温压缩性能,最大增幅分别为33.9%和56.3%;置氢Ti-6Al-4V合金抗压强度的提高主要归因于氢的固溶强化、马氏体相变强化和氢化物强化;塑性指标的提高主要是置氢合金中塑性β相数量的增多所致.     

Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素

通过T6热处理、蠕变性能测试和SEM,TEM组织观察,研究了T6处理对Ti-6Al-4V合金组织结构与蠕变性能的影响.结果表明,锻造态Ti-6Al-4V合金在400℃/575MPa条件下具有较好的塑性和较低的蠕变寿命,并具有明显的温度敏感性.T6处理可明显提高合金的蠕变激活能和蠕变抗力,与锻造态合金相比,T6处理态合金在蠕变稳态期间具有较低的应变速率,并使蠕变寿命由66h提高到548h.锻造态合金的组织结构由a β相组成,T6处理后,合金的组织结构由a相与"网篮"相组成,其中"网篮"中大量针状β相沿不同取向析出是提高合金蠕变寿命的主要原因.蠕变期间,合金的蠕变机制是双取向的位错和位错在a相内发生柱面滑移和锥面滑移.     

基于Ti-6Al-4V合金高温变形建立的本构方程

本文给出了Ti-6Al-4V合金的应力应变曲线,分析了应变速率和应变温度对流动应力的影响,并建立了Ti-6Al-4V合金的高温变形本构模型,为提高该合金加工质量提供理论依据。     

GH169合金显微组织对合金裂纹扩展速率的影响

对四种工艺（普通工艺、高强工艺、直接时效工艺、超细晶工艺）的Ｇ上６９合金的力学性能和６５０℃裂纹扩展速率进行了测试和对比分析。结果表明：晶粒细化和适量的颗粒状、短棒状δ相的晶界析出使合金６５０℃持久塑性明显提高，使合金６５０℃在纯蠕变和以蠕变损伤为主的疲劳－蠕变互作用条件下具有最低的理解纹扩展速率。     

Thermomechanical Behavior of Ti-6Al-4V Alloy

Ti-6Al-4V, among the Ti alloys, is the most widely used. In the present work, the behavior of Ti-6Ak-4V alloy has beeninvestigated by the uniaxial hot isothermal compression tests and a series of dilatometric experiments were also carried out todetermine the transformation temperatures at different cooling rates. Specimens for hot compression tests were homogenizedat 1050℃ for 10 min and then quickly cooled to different straining temperatures from 1050 to 850℃. Cooling rates were chosenfast enough to prevent high temperature transformation during cooling. Compression tests were conducted at temperaturesfrom 1050 to 850℃ in steps of 50℃ at constant true strain rates of 10~(-3) or 10~(-2) s~(-1). The apparent activation energy forcompression in two-phase region was calculated 420 kJ·mol~(-1). Partial globularization of cr phase was observed in the specimendeformed at low strain rates and at temperatures near the transformation zone and annealed after deformation.     

真空高温退火对锻态Ti-6Al-4V合金显微组织与超塑性性能的影响

退火处理是改善钛合金显微组织,提高力学性能及超塑成形性能的一种重要工艺。使用真空退火炉在850℃-950℃温度区间内对锻态Ti-6Al-4V合金的进行了高温退火处理,研究了退火态Ti-6Al-4V合金微观组织演变及其在温度为900℃,应变速率为0.01 s^-1时的超塑拉伸性能。结果表明,锻态Ti-6Al-4V合金的初生α晶粒尺寸随真空退火温度的升高而减小,β相比例随真空退火温度升高而增大。当真空退火温度为910℃时,Ti-6Al-4V合金的晶粒尺寸和α相与β相分布较为均匀,其超塑拉伸试验结果表明,该合金表现出最佳的超塑拉伸性能,其拉伸延伸率达到785%,峰值应力仅为26.8 MPa。     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

Ti-6Al-4V合金高温变形热加工图的建立与分析

本文根据已有理论建立了Ti-6Al-4V合金的高温变形热加工图,分析了功率耗散效率,为保证该合金加工质量提供依据.     

超塑成形/扩散连接热环境对Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响

采用光学显微镜研究了Ti-6Al-4V合金经超塑成形/扩散连接(SPF/DB)热影响后的微观组织演变,在室温和空气条件下进行了旋转弯曲疲劳试验,并采用扫描电子显微镜对试样断口形貌进行了观察.结果表明:Ti-6Al-4V合金经历SPF/DB热工艺后,初始的双态组织转变为了等轴组织;强度有所降低,塑性略有提高,而旋转弯曲疲劳极限从420 MPa降低至405 MPa,在相同应力条件下(σ=431 MPa),SPF/DB后试样的疲劳寿命从10⁷量级降低至10⁶量级;疲劳断口源区附近的放射线增粗且变的不连贯,疲劳裂纹扩展区的疲劳条带间距增大,裂纹扩展速率提高.这主要是由于SPF/DB热环境使Ti-6Al-4V合金片层α数量显著减少,降低了晶界总体长度,减弱了α相晶界对疲劳小裂纹扩展的阻碍作用.     

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.     

片层厚度对损伤容限型TC21合金裂纹扩展速率的影响

分别采用α β锻造和β锻造方式制备了TC21合金φ90mm棒材,研究了两种加工方式下同规格棒材的裂纹扩展速率,分析了粗细两种片层结构对裂纹扩展速率的影响.结果表明:β锻造获得了细片层组织结构,具有较低的疲劳裂纹扩展速率;α β锻造得到粗片层组织结构,裂纹扩展速率较快.疲劳裂纹扩展速率随着组织片层厚度的增加而加快.在疲劳裂纹稳态扩展区,裂纹以条带循环机制向前扩展,同时能看到许多疲劳条纹.     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的损伤容限性能

针对TC4-DT钛合金厚截面锻件开展了电子束焊接工艺实验和接头力学性能测试与分析.结果表明,TC4-DT钛合金不仅具有良好的焊接工艺特性,而且电子束焊接接头具有高的损伤容限性能.接头的断裂韧性优于母材并且比母材有更高的疲劳裂纹扩展抗力.     

不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:TC4-DT合金在两相区经过普通退火和再结晶退火后组织发生再结晶,α相尺寸有所增大,具有较好的塑性。经过两相区固溶+时效处理得到双态组织,通过控制固溶时冷却速度及时效温度来调整次生α片层厚度,使得合金强度和断裂韧性得到改善。经单相区固溶水冷得到马氏体组织,随时效温度提高,α片层厚度增加,但析出的次生α相含量减少,导致合金的强度和断裂韧性有所下降。而在单相区固溶空冷+高温时效处理,获得的α片层厚度进一步增大,有助于提高塑性和断裂韧性。采用950℃/1h/WQ+550℃/6h/AC两相区固溶+时效的热处理工艺,可实现合金强度、塑性、韧性的较好匹配,获得优良的综合性能。     

热处理对TC4-DT钛合金组织性能的影响

研究了Ф300mm的TC4-DT钛合金几种热处理工艺参数对显微组织和室温性能的影响。研究表明α＋β区锻造Ф300mm的棒材晶粒较大,低倍呈现模糊晶,局部区域有明显的清晰晶,表明大规格棒材锻造均匀性较差。大规格的棒材＋双重退火热处理后,拉伸性能和断裂韧性均能达到Rm≥825MPa,RP0.2≥750MPa,A（纵向）≥8％,Z≥15％;KIC（T—L）≥90MPa·m1/2,具有良好的强度塑性匹配性能。α＋β相区锻造的Ф300mm棒材经965℃／1h Ac十550℃／6h AC和940℃／1h AC＋570℃／6h AC处理后,疲劳裂纹扩展速率在△K=11MPa·m1/2时,分别达到2．833036×10^-6mm／cycle和7．294209×10^-6mm／cyele。     

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。     

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。     

渗注锆酸盐对AZ31镁合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究交变载荷作用下,在AZ31镁合金疲劳裂纹尖端渗注锆酸盐的沉积行为及其对疲劳裂纹扩展速率的影响。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)观察分析裂纹尖端的形貌和物相成分,采取贴应变片方法确定渗注锆酸盐前后应力强度因子的变化。结果表明:锆酸盐转化液能在AZ31镁合金疲劳裂纹尖端形成锆酸盐ZrxOyZnxOy覆层;渗注锆酸盐后裂纹尖端应力强度因子降低约40%,能有效增强疲劳裂纹闭合效应,降低或延滞其疲劳裂纹扩展速率。     

TC4-DT合金的超塑性变形及其本构方程

采用CMT4104电子万能拉伸试验机分别进行温度为870℃,应变速率为3.3×10-4s-1的恒应变速率和温度为850~890℃,应变速率为3.3×10-5~3.3×10-3s-1的应变速率循环法超塑性拉伸实验。结果表明:在变形过程中存在动态回复与动态再结晶现象,并采用Avrami方程描述了动态再结晶动力学行为;基于应变速率循环法获得了TC4-DT合金的本构模型,再通过1stopt软件加以回归拟合,得到较为精确的TC4-DT合金超塑性变形本构方程。     

淬火微观组织对重轨钢疲劳裂纹扩展速率的影响

以U75V重轨钢CT(Compaction test)试样为研究对象,分别研究了冷速为3℃/s、5℃/s及空冷轧态的组织对稳定区(疲劳扩展Ⅱ区)疲劳裂纹扩展速率的影响,疲劳试验在高频共振疲劳试验机上进行。研究结果表明:疲劳裂纹扩展速率随着珠光体片层间距的减小而降低,冷速由大到小(5℃/s、3℃/s、空冷)所对应的n值分别为3.603 05、3.631 18和3.885 28;珠光体组织的疲劳裂纹断裂形式主要以穿晶断裂为主,同时伴随部分沿晶断裂;片层间距影响裂纹扩展路径的偏折程度,偏折程度随片层间距的减小而增大,增大的裂纹偏折路径对裂纹扩展的阻碍作用增强,有利于疲劳裂纹扩展速率的降低。