Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织与力学性能研究

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织与力学性能。结果表明:双态组织,强度、塑性都比较高;而对于片层组织,随着片层的粗化,强度降低,延伸率先升高后降低,面缩呈下降趋势。片层粗化,抵抗裂纹穿越、迫使裂纹拐弯能力增大,提高了断裂韧性。     

铸造Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

通过铸造Ti-6Al-4V合金疲劳性能试验,绘制出了铸造Ti-6Al-4V合金在不同应力比下裂纹扩展速率da／dN-△K曲线。根据logda／dN和log△K的拟合曲线方程,计算出Paris公式下材料常数c、n值。经SEM对铸造Ti-6Al-4V疲劳断口进行分析,发现随着应力比R的增大,疲劳条带越宽,裂纹扩展速率越大。     

TC4ELI合金显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了TC4ELI钛合金的片层组织和等轴组织的疲劳裂纹扩展性能,通过金相显微镜观测了疲劳裂纹在组织中的扩展途径,采用扫描电镜观察了疲劳断口的形貌,并讨论了显微组织对该合金抵抗疲劳裂纹扩展性能的影响.结果表明:TC4ELI合金经995℃×1hAC+ 550℃×4hAC处理后得到片层组织抵抗裂纹扩展的性能优于经900℃×1hAC+550℃×4hAC处理后得到的等轴组织性能.从断口观察可知,断裂主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制.     

Ti-6Al-4V合金的疲劳性能

简要综述了Ti-6Al-4V合金的显微组织和织构对其疲劳性能的影响及其机理.     

高能喷丸制备具有表面梯度结构的Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹扩展行为（英文）

通过高能喷丸(HESP)在Ti-6Al-4V合金表面成功制备梯度结构,并研究其对疲劳裂纹扩展的影响。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪对HESP过程中的显微组织和残余应力演变进行表征。结果表明,材料表面形成的梯度纳米结构具有220μm深度的残余压应力层。梯度纳米结构的产生能改善合金的强塑性匹配。最大残余压应力产生于次表层,且随着喷丸时间的增加逐渐增大。HESP处理有效降低裂纹扩展速率,提高疲劳裂纹扩展寿命。残余压应力可降低裂纹尖端的有效应力强度因子范围(ΔK’_eff),从而产生裂纹闭合效应并延缓裂纹扩展。同时,晶粒细化引起的晶界增加、有效滑移长度减小和裂纹尖端塑性区的协同作用也会使裂纹扩展阻力增大。     

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。     

氢对Ti-4Al-2V疲劳裂纹扩展速率的影响

采用CT试样对4种含氢量不同的Ti-4Al-2V钛合金的室温疲劳裂纹扩展速率进行了实验测定，并对断裂以后的试样进行了断口观察。实验结果表明：含氢的Ti-4Al-2V材料的稳态裂纹扩展行为符合Paris幂律关系，氢对裂纹稳态扩展区和失稳扩展区的da／dN基本没有影响，但对近门槛扩展行为有明显影响；与自然含氢量的材料相比，高含氢量的材料疲劳裂纹在近门槛扩展区的速率明显较低。     

激光喷丸对Ti-6Al-4V合金显微组织及疲劳寿命的影响

研究低能量激光喷丸对Ti-6Al-4V合金疲劳寿命的影响。采用残余应力分析、表面粗糙度测量、X射线衍射、光学显微镜、纳米压痕硬度测试、扫描电镜和透射电镜以及疲劳测试对激光喷丸样品进行表征。结果表明,激光喷丸处理导致在合金表面及近表面区域形成纳米晶,并伴随有硬度的增加及残余压应力的产生。由于纳米结构表面的形成及残余压应力的存在而带来的有利影响,与未喷丸处理合金相比,喷丸处理合金的疲劳寿命明显得到延长。     

电子束焊接Ti-6Al-4V合金接头的疲劳裂纹尖端微区形态

通过对Ti-6Al-4V合金板材预制一定深度的疲劳裂纹,研究母材与焊缝区疲劳裂纹尖端的TEM显微形态。结果表明:经历疲劳循环后,位错密度大大增加,α/β相界面位错密度高,易成为位错形核的源区;在周期性疲劳载荷的作用下,位错以源区为原点呈放射状向四周发散运动;在焊缝区马氏体板条之间的细碎相之间,位错聚集严重,说明细碎相也易成为位错萌生的源区,从而成为疲劳裂纹形核的源区;在焊缝区马氏体板条宽度越窄,位错聚集密度越高,易成为疲劳裂纹萌生的位置。此外,TEM观察证实了裂纹尖端存在一定尺寸的塑性变形区。通过焊接接头分区的TEM对比分析,获得焊缝区比母材区更易萌生疲劳裂纹的相关证据。     

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.     

损伤容限型TC4-DT合金疲劳裂纹扩展速率的数学描述

测试了损伤容限型TC4-DT合金的裂纹扩展速率。通过数据分析和线性或非线性拟合得到了3种疲劳裂纹扩展速率的数学描述公式。通过对描述结果的误差分析，得到了描述板材疲劳裂纹扩展速率的理想描述公式。     

铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

按照GB6398-1986试验标准,采用紧凑拉伸试样(CT)测定了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dN,采用扫描电镜(SEM)等现代技术对断口形貌进行观察,分析了不同应力比(R值)条件下的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,应力比R对铸造Ti-6Al-4V钛合金的裂纹扩展速率影响较大,应力比R越大,裂纹扩展速率越大。在裂纹预裂区和快速扩展区的断裂机理主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。     

TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

研究了典型的损伤容限型钛合金Ti-6A1-4V ELI（TC4-DT）的断裂韧度KIC、疲劳裂纹扩展速率da／dN以及疲劳门槛值△Kth等损伤容限性能与微观组织的关系，讨论了不同应力比（尺值）条件下片状组织与双态组织的疲劳裂纹扩展特性，并与Ti-6A1-4V（TC4）钛合金进行了比较分析。研究结果为高损伤容限型钛合金的微观组织设计和探讨微观组织对损伤容限性能的影响机理奠定了基础。     

离心力对TC4钛合金铸件孔洞及线收缩率的影响

采用真空石墨型立式离心铸造方法,研究了离心力大小对Ti-6Al-4V(TC4)钛合金铸件内部孔洞率以及铸件宏观尺寸收缩率的影响.结果表明,随着重力系数的增加,铸件中的孔洞率呈指数方式明显减小,给出了两者之间统计关系的表达式;离心转速从0增加到210 r/min时,阶梯铸件长度方向尺寸收缩率呈较明显的减小趋势;同一浇注工艺条件下,与离心力相比,铸型的冷却能力对铸件线收缩率的影响更显著.     

损伤容限型TC4-DT合金疲劳裂纹扩展行为研究

利用OM（光学金相）、SEM对损伤容限TC4-DT合金双态组织中的疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明：裂纹扩展遇到初生口相时，既能以绕过初生口相的方式扩展，又能直接切过初生口相向前扩展；预裂区和快速扩展区主要是以微区解理断裂为主，稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主，同时也存在微区解理断裂机制。     

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AK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。     

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。     

固溶时效对热等静压制得的TC4钛合金组织与性能的影响

采用热等静压工艺对Ti-6Al-4V雾化预合金粉的粉末冶金技术进行了研究，采用不同的固溶温度、时效温度以及时效时间，研究了热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明，采用预合金粉工艺制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金材料性能良好，于965℃固溶并采用水冷，然后在470℃时效，试样的强度较好。     

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。