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。     

显微组织对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金进行不同热处理,获得不同的显微组织,研究不同显微组织的TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率。结果表明:两相区处理,较高的初生α相含量提供了较高的裂纹扩展阻力,不同的β晶粒尺寸使不同裂纹扩展阶段的扩展机理不同;在近门槛区,疲劳裂纹扩展速率主要受晶粒尺寸的影响;随着裂纹扩展,在裂纹扩展的低速阶段,β晶粒内片层α对裂纹扩展起主要作用;在中速扩展区,裂纹以条带机制扩展,并且粗糙的断口具有较低的裂纹扩展速率。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头疲劳断裂过程的原位观测

通过对TC4-DT钛合金焊接接头显微组织的观察和疲劳断裂过程的原位观测,分析了焊接接头的显微组织特征,研究了焊接接头的疲劳裂纹萌生与扩展行为.结果表明:TC4-DT焊接接头疲劳断裂于母材区,疲劳裂纹萌生于试样的边缘,裂纹既可以沿着初生α相扩展又能直接切过初生α相扩展,裂纹的萌生寿命占整个疲劳寿命的比例较大,裂纹的扩展寿命很短.     

TC4-DT电子束焊接头显微组织及疲劳裂纹扩展行为

在光学显微镜下对TC4-DT钛合金电子束焊接头显微组织进行了分析,讨论了接头不同位置显微组织特征.比较了疲劳裂纹始于焊接接头不同位置时的宏观裂纹扩展路径及裂纹扩展速率,依据焊接接头显微组织特点讨论了显微组织对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,电子束焊接头沿熔深方向显微组织存在一定的差异;文中条件下,与母材区相比焊缝熔合区及热影响区具有较高的疲劳裂纹扩展抗力,导致裂纹扩展路径逐步偏向母材区,最后讨论了裂纹扩展路径的偏折对裂纹扩展速率的影响.     

热处理对航空用TC4钛合金薄板力学性能影响研究

研究了TC4钛合金薄板经普通退火、α＋β两相区固溶加时效处理及β单相区固溶加普通退火处理后,显微组织与力学性能的关系。结果表明,普通退火处理对TC4钛合金板材显微组织的影响较小,α＋β两相区固溶加时效处理后能够获得双态组织,而β单相区固溶加普通退火处理能获得粗大的魏氏组织;其中双态组织的TC4钛合金薄板表现出优异的拉伸性能,而魏氏组织的TC4钛合金薄板具有较低的疲劳裂纹扩展速率及较高的裂纹扩展阻力。     

TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的数学描述方程

针对经准β热处理获得的片层组织TC4-DT钛合金的疲劳长裂纹扩展速率实验结果,通过数值分析和线性回归拟合,推导了Paris方程、Forman方程和Elber方程的数学表达式,并对拟合结果的相关系数和误差进行了分析,对比了3种数学方程对片层组织TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的拟合精度。在此基础上,对已有模型进行优化和修正,提出了F-E分段方程。该方程以片层组织TC4-DT钛合金裂纹扩展速率曲线上转折点对应的应力强度因子幅ΔKt为分界点,分别对实验数据进行数值分析和线性回归拟合,具有较高的拟合精度。     

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。     

Fatigue Crack Growth Behavior in TC4-DT Titanium alloy with Different Lamellar Microstructures

主要讨论了TC4-DT钛合金不同片层结构的疲劳裂纹扩展行为。通过不同的热处理工艺获得不同的组织结构参数,例如片层宽度和集束尺寸。结果表明,在保证合金力学性能的条件下,β相区空冷获得的组织具有较好的疲劳性能,主要归因于片层结构中裂纹尖端存在较大的塑性范围区域,并且较宽的α片层和大的集束尺寸有助于提高合金的断裂韧性和疲劳裂纹扩展阻力。     

准β锻造和β热处理对TC11组织和断裂韧性的影响

研究了准β锻造和β热处理对TC11钛合金显微组织和断裂韧性的影响。结果表明TC11钛合金经准β锻造及β热处理后断裂韧性相较于魏氏组织明显提升,延伸率提升约50%,断面收缩率提升约20%,KIC提升约20%。由于准β锻造改变了层片状α相的析出形态,形成了取向差异化明显的束集,抵抗裂纹扩展的组织协调性更佳,从而使得断裂韧性更优;而魏氏组织试样主要以晶界和大片次生α相增加裂纹扩展曲折性。     

显微组织类型对TC4钛合金丝材性能的影响

α+β两相区轧制的TC4钛合金丝材经不同工艺热处理后,获得等轴组织、双态组织和片层组织,研究了微观组织特征及其对合金拉伸性能和疲劳性能的影响。结果表明：等轴组织α晶粒最为细小且具有较高的位错密度,表现出最高强度;双态组织α相较等轴组织显著长大,位错密度明显降低,具有最好的工艺塑性;片层组织原始β晶粒粗大,塑性最低。3种组织中片层组织疲劳性能最好,当裂纹长度<250μm时,不同显微组织对应的裂纹扩展速率差异较大,片层组织的扩展速率最低,等轴组织最高;当裂纹长度>250μm时,3种组织的裂纹扩展速率无显著差异。综合考虑TC4钛合金丝材的力学性能和工艺塑性,应选择双态组织作为产品的最终组织状态。     

不同热处理后TC21钛合金的显微组织及力学性能

研究了损伤容限型TC21钛合金在不同热处理过程中的组织演化及显微组织对力学性能的影响。结果表明,锻后空冷并经（900℃,1h,AC）＋（590℃,4h,AC）热处理,能获得较佳的综合性能。单相区变形,β晶粒呈盘状：单相区退火,β晶粒呈等轴状。单相区变形或退火后的冷却速率及两相高温区退火决定粗大α片的含量及形貌;经过时效或第三次退火后,细小的次生α片从残留卢基体中析出。合金的抗拉强度和屈服强度随着粗大α片含量的增加而降低。低的有效滑移长度和高的裂纹扩展阻力能提高合金的室温塑性。交叉分布的粗大α片厚度的增加,有助于提高合金的断裂韧性。     

航空发动机叶片TC4钛合金振动疲劳裂纹扩展研究及剩余寿命预测

目的研究TC4钛合金的振动疲劳特性及寿命预测。方法通过共振疲劳试验,分析裂纹尖端应力强度因子的变化规律,计算不同应力水平下疲劳裂纹扩展的速率,建立剩余寿命预测计算模型。结果裂纹尖端的应力强度因子是表征裂纹扩展速率快慢的有效参数,与裂纹长度及应力场的大小相关。在裂纹扩展初期应力为274 MPa的条件下,裂纹扩展速率的试验值与计算值吻合较好。通过寿命预测模型计算可知,当初始裂纹为0.5 mm,最终裂纹长度达到5 mm时,在应力为274、366、422 MPa的条件下,振动循环周期分别为36 577、19 090、13 865。结论在应力比为?1的振动条件下,裂纹扩展速率随应力水平的增大而加快,同时初始裂纹长度越长,应力相同时,裂纹扩展速率提高。通过寿命预测模型,可计算出结构件的使用寿命。     

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。     

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.     

60mm厚TC4钛合金电子束焊接头疲劳性能

针对大厚度钛合金在海洋领域的应用,开展了60 mm厚TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头疲劳性能的研究. 对EBW接头和母材的疲劳性能进行测试,分析接头疲劳性能的均匀性,绘制S-N曲线对比分析母材与接头的疲劳性能,并采用扫描电镜观察疲劳试样断口以解明断裂路径. 结果表明,EBW接头疲劳性能测试断裂多发生在母材,少数断裂在热影响区,接头疲劳性能沿熔深方向由上至下逐步降低,电子束焊接接头比母材高出10%,接头疲劳试验断口可分为疲劳源区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个典型区域,裂纹起源于试件表面边缘处.     

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。     

激光冲击TC17钛合金疲劳裂纹扩展试验

为研究激光冲击强化对钛合金试件疲劳性能的影响,在标准试件的裂纹扩展路径上设计了全强化和间隔强化两种不同的强化方案,研究激光冲击强化对试件疲劳寿命和裂纹稳定扩展时速率的影响规律,利用有限元数值模拟和X射线残余应力测试获得了试件的残余应力场分布状态,并对比分析了试件的断口形貌和微观组织特征。结果表明:相比于未强化试件,激光冲击强化后试件的平均疲劳寿命分别提高了2.14倍和1.90倍,两种不同的冲击强化方法分别降低钛合金试件的裂纹扩展速率24%和15%。间隔强化后试件表面产生-512 MPa的最大残余压应力,裂纹扩展的C′值为-7.3,m值为2.6,而强化间隔区引入最大值为82.4 MPa的残余拉应力,裂纹扩展速率急剧升高,C′值减小至-13.6,m值为8.0。当裂纹扩展到强化区时,扩展速率再次降低,激光冲击强化对TC17钛合金疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用。