7449合金高周疲劳及裂纹萌生行为

研究7449-T7951合金的高周疲劳及裂纹萌生行为。在室温下,采用光滑及缺口试样进行疲劳寿命测试,应力比(R)分别为0.5和1.0。采用金相显微镜、扫描电镜及透射电镜对该合金的微观组织及疲劳试样断口进行分析,以揭示其疲劳裂纹萌生机理与合金微观组织之间的关系。结果表明:7449-T7951合金具有优异的疲劳性能;应力比为0.5和1.0时,光滑试样的疲劳寿命极限(σN)分别为349和134 MPa,而缺口试样的σN(缺口系数Kt=3.0)分别为138和70 MPa。其裂纹萌生行为受合金中粗大第二相、析出相、晶界和位错(滑移带)的共同影响。     

片层Ti-55531合金的拉伸和扭转断裂失效行为

通过室温静态拉伸和扭转试验,结合TEM、SEM等分析检测方法,系统研究了片层Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的断裂失效行为。结果表明,片层Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的断裂失效有显著的不同:拉伸变形受滑移、次生α_s的孪生及剪切共同控制,扭转变形主要受滑移和剪切控制,未发现有孪晶;拉伸断口较扭转断口陡峭,失效以微孔聚集为主,含少量穿晶解理和沿晶开裂的混合断裂机制;扭转断裂失效则以微孔聚集和剪切开裂为主,含部分穿晶解理的混合断裂机制。无论在拉伸还是扭转载荷下,片层Ti-55531合金的断裂失效面均由最大剪切应力产生,剪切力比正应力更易使片层Ti-55531合金损伤破坏。     

2397合金高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为

研究了2397-T87铝锂合金的高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。结果表明:在应力比R=0.1时,2397-T87铝锂合金L方向、LT方向和ST方向光滑试样(K_t=1.0)的疲劳寿命极限分别约为192,243和151 MPa;缺口试样(K_t=3.0)的疲劳寿命极限分别约为72,78和70 MPa。其疲劳裂纹主要萌生于试样表面,以及氧化物、夹杂等脱落形成的空洞,Al(CuFeMn)第二相杂质粒子。驻留滑移带(PSB)和晶粒取向对其疲劳裂纹早期扩展有重要影响。     

载荷方式对双态Ti-55531合金变形和断裂的影响

通过室温静态拉伸和扭转试验,结合TEM、SEM等分析检测方法,系统研究了双态Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的变形和断裂失效行为。结果表明,载荷方式对双态Ti-55531合金变形和断裂行为有显著的影响：首先,该合金扭转剪切强度较拉伸强度低约300MPa,表明该合金的断裂对扭转切应力的敏感性高于拉伸应力。其次,拉伸和扭转变形时,合金主要都受滑移和剪切共同控制,但相对拉伸变形扭转变形时等轴α_p产生的剪切滑移带数量更多;且变形时晶界α和等轴α_p的界面处易堆积高密度位错。最后,拉伸断口较扭转断口陡峭,拉伸断裂失效是以微孔聚集为主的穿晶断裂机制;而扭转断裂失效则是以微孔聚集和剪切开裂的混合断裂机制。     

显微组织对Ti-31合金低周疲劳性能的影响

研究了Ti-31合金的显微组织对低周疲劳性能的影响.结果表明当应变控制在△ε/2=0.6%-1.0%,应变比R=-1时,片状组织和等轴状组织对低周疲劳性能无明显影响,当循环应变次数较低时,基本都表现为循环饱和特征;当循环周次超过100 cyc时,片状组织出现轻度循环软化.等轴状组织的Ti-31合金的过度疲劳寿命略高于片状组织,分别为758和556 cyc.     

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。     

热循环对Ti-6Al-4V合金显微组织与疲劳性能的影响

对Ti-6Al-4V轧制板材依次进行了920_oC, 800_oC, 850_oC, 900_oC四次热循环,研究了材料在每次热循环后的显微组织及微观织构的演变,并对热循环前后的拉伸和旋转弯曲疲劳性能进行了比较。结果表明,原材料中存在的长条a相发生再结晶后趋于等轴化,其组织不均匀性在920_oC,800_oC两次热循环后得到根本性改善,再经历850_oC, 900_oC两次热循环后,初生a相进一步等轴化并稍有长大,其体积分数维持稳定。原材料具有较强的横向织构,有多个平行于轧制方向的宏观带存在,导致了轧向的疲劳性能优于横向,中值疲劳极限分别为497MPa/474MPa。热循环后横向织构强度有所减弱,并且出现了一定程度的(0001)基面织构。经历4次热循环后,材料的显微组织发生粗化,拉伸强度降低了约20MPa,轧向/横向的中值疲劳极限下降至441MPa/441MPa。     

Ti-55531合金退火处理工艺研究

研究了两相区、单相区退火和双重退火对Ti-55531合金组织和性能的影响。两相区退火后合金的组织为由条状相α等轴状α相和β转变组织组成的双态组织，随着第一阶段退火温度的升高，等轴状α相比例呈降低的趋势；单相区退火后合金为带有粗大β晶粒的魏氏组织，随着退火温度的升高，β晶粒长大；双重退火后合金组织中含有较大比例的针状α相。两相区退火可获得较高的延伸率、断面收缩率，但抗拉强度较低；单相区退火可获得较好的强塑性匹配；单相区双重退火后合金具有最高的抗拉强度，而合金延伸率、断面收缩率最低。     

硼含量对Ti-1023合金高周疲劳性能的影响

研究了硼元素含量对Ti-1023合金高周疲劳性能的影响。无硼的Ti-1023合金高周疲劳S-N曲线位置最低,添加0.05%的硼元素后,合金的疲劳极限仅增加了2 MPa,但高周疲劳S-N曲线高应力段明显上移。当硼元素含量为0.1%时,Ti-1023合金的疲劳极限提高10%以上,S-N曲线的位置最高,其疲劳性能得到全面提高。进一步添加硼元素后,S-N曲线位置基本不变。无硼的Ti-1023合金疲劳条带较为清晰,添加硼元素后,Ti-1023合金疲劳试样裂纹源全部位于表面,裂纹前沿区域脆断痕迹明显,解理断面趋于平整,疲劳条带越来越模糊。这是由于添加硼元素后,Ti-1023合金内部的临界裂纹尺寸会减小,使其抵抗疲劳裂纹失稳扩展的能力降低,综合考虑,Ti-1023合金中硼元素的添加量不宜超过0.1%。     

热处理制度对Ti-55531合金组织和力学性能的影响

通过采用不同的热处理制度研究了时效温度和β退火温度对Ti-55531合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Ti-55531合金固溶加时效处理后可获得初生α相呈长条或等轴状的组织,β基体上大量析出的次生α相使其获得较高的强度,且强度随时效温度升高而显著降低,延伸率变化不明显,断面收缩率在620℃以上随着时效温度升高有所增加,但该组织状态断裂韧度偏低;β退火后可获得均匀的片状组织,具有较高的断裂韧性,抗拉强度在600~650℃之间随退火温度升高呈线性关系降低,可根据需要很方便地调整强度级别,塑性随退火温度升高变化不太明显。     

Ti-55531合金变形及断裂行为的原位SEM分析

采用原位SEM拉伸方法对比分析了Ti-55531合金片层和双态组织静载下的变形及断裂行为。结果表明,静载下α相的特征参数对该合金的形变、裂纹萌生及扩展有强烈影响。片层组织中粗大次生αs片较软,αs片最先变形促进位错滑移,位错运动至次生αs和残留βr的界面处堆积,塑性变形导致局部应力集中促进裂纹萌生,并沿αs/βr相界面扩展。双态组织中初生等轴αp是相对最软相且尺寸较大,位错滑移自由程较大,易启动多系滑移,αp内不同位向的滑移线交割促进应力集中,部分位错在αP/βtrans界面处堆积产生应力集中,两者导致微裂纹萌生于αp内及αp/βtrans界面,并沿αp/βtrans界面和αp聚集处扩展。     

冷轧对Ti-55531组织特征及时效行为和力学性能的影响

对全β固溶Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr进行冷轧与时效处理,采用XRD、TEM、硬度测试等手段研究冷轧对Ti-55531组织特征及后续时效过程中的相变、组织演变以及时效处理后力学性能的影响。结果表明:冷轧合金主要组织特征为ωisothermal发生回溶,没有出现存在于其他近β钛合金中的应力诱导α″。时效以后,冷轧过程中形成的位错等缺陷抑制ωathermal的析出,促进析出含量更高且更为细小的α相。冷轧合金硬度随时效温度的升高呈现先增大后降低的趋势,在400℃达到峰值。     

应变对β固溶Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响

研究应变对β固溶处理后Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响,相变点以上固溶水淬处理后得到全β组织,使用Gleeble3800热模拟试验机和6.3MN锻造模拟试验机完成室温压缩。运用OM, XRD和TEM对不同应变后的组织进行观察,结果表明:应变速率为0.0005 s~(-1),工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变有明显的应变硬化阶段,应变速率为0.1 s~(-1),工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变曲线无明显的应变硬化阶段,而出现了流变软化现象;室温压缩真应力-真应变曲线均无双屈服现象,不同应变速率条件下,相同应变量的变形组织特征差异较小,室温压缩变形机制以滑移为主,随着应变量的增大,位错密度逐渐增大,出现了位错塞积、位错缠结和剪切;工程应变量为30%出现了应变诱发α"马氏体转变;应变速率为10 s~(-1),工程应变量为50%和60%也出现了应变诱发α"马氏体转变。     

Investigation of fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V during tensile-tensile fatigue

Fatigue crack initiation in Ti-6Al-4V has been investigated in high cycle fatigue (HCF) and low cycle fatigue (LCF) regimes at stress ratio R=0.1 using the replication technique. In all four tested α/β microstructures, the crack was initiated by fracture of equiaxed alpha grain. Fractured alpha grains are seen on the fracture surface as flat facets with features characteristics of cleavage fracture. In the regime of low stress amplitudes and in the absence of reverse loading, cleavage fracture contributes to crack initiation and early stages of crack growth in Ti-6Al-4V. This mechanism is discussed in relation to the anomalous mean stress fatigue behavior exhibited by this alloy.     

热处理对Ti-38644钛合金棒材组织和性能的影响

对Ti-38644钛合金ϕ68 mm棒材进行了不同温度、保温时间和冷却方式的热处理试验,研究了不同热处理制度对合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着固溶温度的升高,析出α相含量增大,强度明显下降,塑性提高;随着时效温度的升高,析出α相粗化,强度降低,伸长率随之升高,强化效果降低;随着时效保温时间的延长,析出α相进一步增加,强度呈先增加后降低的趋势,塑性变化与之相反;固溶冷却方式对合金组织性能的影响也很明显,随着冷却速率的加快,获得的β晶粒比较细小,时效后的强度随之明显增高,同时伸长率下降也很明显。为了获得良好的强塑性匹配,最佳的固溶时效热处理工艺为810 ℃×1 h(油冷)+510 ℃×8 h(空冷)。     

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。     

Ti55531合金热压缩模拟研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上,当应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为700~900℃时,采用高温压缩试验对Ti-55531钛合金热压缩变形中流变应力行为进行研究。研究结果表明,两相区变形时,曲线呈动态再结晶型,单相区变形时,曲线呈动态回复型。流变应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。采用双曲正弦模型确定该合金的变形激活能,两相区变形激活能为407.75 k J·mol-1,单相区变形的形变激活能为157.97 k J·mol-1,建立了两相区和单相区变形的本构方程。误差分析表明,流动应力计算值与试验值之间的相对误差小于10%,所建立的本构关系能比较精确地描述Ti-55531钛合金热加工过程中的流动行为。