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.     

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。     

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。     

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。     

疲劳裂纹扩展行为的研究现状及钛合金的疲劳裂纹扩展特征

疲劳裂纹扩展行为是现代材料研究中重要的内容之一.论述了组织结构、环境温度、腐蚀条件以及载荷应力比、频率变化对材料疲劳裂纹扩展行为的影响.总结出疲劳裂纹扩展研究的常用方法和理论模型,并讨论了"塑性钝化模型"和"裂纹闭合效应"与实际观察结果存在的矛盾.最后,对钛合金疲劳裂纹扩展研究的内容和研究结果进行了概述.     

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。     

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。     

TB6钛合金疲劳小裂纹扩展行为

为了研究TB6钛合金自然萌生小裂纹的扩展行为,针对单边缺口拉伸试样开展室温下不同应力比(R=0.1,0.5)的小裂纹扩展实验,采用复型法观测了小裂纹的萌生与扩展情况。结果表明:同一应力比下,随着应力等级的降低,小裂纹的萌生寿命由占全寿命的60%增加到80%,但应力等级对TB6钛合金小裂纹扩展速率没有明显影响。裂纹早期扩展速率受微观组织的影响大,TB6钛合金扩展速率转变临界值是200μm,一旦裂纹长度达到200μm,裂纹扩展速率将不受取向不同的晶界或晶粒影响而迅速提升。TB6钛合金疲劳小裂纹起源于试样缺口根部,所有试样的裂纹大部分为角裂纹,疲劳小裂纹萌生寿命占全寿命的绝大部分。     

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。     

TA5钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与疲劳裂纹扩展速率的关系

研究了大规格ＴＡ５钛合金热轧环村的疲劳裂纹扩展门槛值ΔＫ＿（ｔｈ）与疲劳裂纹扩展速率加ｄａ／ｄＮ之间的关系。结果表明，Δｋ＿（ｔｈ）值可由近门槛区的ｄａ／ｄＮ表达式直接按定义ｄａ／ｄＮ值算，而无需进行繁琐的试验测定。这一结果同样适用于β区加热热轧ＴＡ５钛合金板材。     

显微组织对Ti-6Al-4V ELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响.用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析.采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率.通过Origin 6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率(△a/△N)与应力强度因子幅△K的关系曲线.结果表明:在Pairs区范围内,疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感,而在近门槛区和快速扩展区,裂纹扩展速率对组织比较敏感;在本实验研究的条件下,细针编织状魏氏组织的da/dN<平直状片层组织的da/dN<双态组织的da/dN.     

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.     

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.     

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。     

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。     

铸造、锻造和粉末冶金TC4钛合金损伤容限行为对比研究

目的 研究影响铸造、锻造和粉末冶金TC4钛合金的损伤容限行为差异的主要因素。方法 分别从裂纹尖端塑性变形行为、二次裂纹及断口表面粗糙度3个方面对比,分析造成3种成形方法制备的TC4钛合金的断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率差异的原因。结果 铸造TC4钛合金断裂韧性优于锻造和粉末冶金TC4钛合金,主要是因为新产生的裂纹面积大,消耗更多断裂能量。铸造TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率低于锻造、粉末冶金TC4钛合金,其主要原因为曲折的裂纹路径和断面粗糙度诱发裂纹闭合效应以及长而深的二次裂纹。结论 3种成形方法制备TC4钛合金损伤容限行为差异的主要原因是断裂形成了不同裂纹路径形貌。