Cu-Cr-Zr合金的低周疲劳行为

通过室温低周疲劳(LCF)试验研究了Cu-Cr-Zr合金的低周疲劳性能和循环变形行为,利用电子背散射衍射、透射电镜和扫描电镜分别分析了合金循环变形前后的微观结构和疲劳断口。结果表明:Cu-Cr-Zr合金的弹性应变幅、塑性应变幅与断裂时的循环周次之间的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式表示。Cu-Cr-Zr合金在高外加总应变幅(Δε_t/2=0.6%)的疲劳变形后期会出现循环硬化现象,循环变形组织为位错墙、位错团簇、亚结构胞状组织的混合结构,并且观察到了孪晶的形成。此外,所选材料在外加总应变幅为0.4%时的疲劳断口呈现多疲劳源特征,疲劳裂纹扩展区中观察到了大量的撕裂棱、韧窝、以及犁沟。     

热处理对GH4169合金组织及650℃下低周疲劳性能的影响

采用两种不同热处理工艺对GH4169合金进行处理,观察并研究了合金的显微组织变化以及在5个应变幅(1.2%、1.0%、0.8%、0.6%和0.5%)和650℃条件下δ相对合金低周疲劳性能的影响。结果表明:随着900℃保温时间的延长,合金δ相的析出量增加。合金在高应变幅(Δεt/2≥0.6%)下的疲劳寿命基本不受δ相含量变化的影响;而在较小应变幅下(Δεt/2=0.5%)的疲劳寿命则具有一定的分散性,并随着δ相含量的增加而增加;与此同时,合金的塑性应变-寿命曲线在常温下具有的双线性特征在650℃高温下却不再具有,而且疲劳断口在相同应变幅下呈现出相似的形貌,裂纹源数量也随着应变幅的增加而增加。     

600 ℃时钛合金高温低循环疲劳行为及其微观机理

研究近α型TG6钛合金盘锻件双态组织在600 ℃不同应变幅条件下的低循环疲劳行为,总应变幅△εt/2控制在±0.6%～±1.5%,应变比R＝-1,采用三角波方式加载.结果表明:600 ℃低循环疲劳条件下,随着总应变幅的增加,循环峰值应力smax提高,而疲劳寿命Nf下降;对于TG6钛合金盘锻件双态组织,存在一个循环软化/硬化的总应变幅临界值(△εt/2)c,约为±1.0%,当总应变幅高于此值,表现为循环硬化行为,而低于此值时,则表现为循环软化行为;在所有应变幅条件下,疲劳裂纹均为多源萌生模式,600 ℃低循环疲劳变形行为主要受α晶粒内位错的平面滑移所控制,位错平面滑移集中的结果是最早在α晶粒内萌生疲劳裂纹;随着疲劳测试温度的提高,不同滑移系上位错滑移的临界分切应力的差别缩小,促进位错交滑移的进行.     

细晶Ti-2Al-2．5Zr合金室温／低温低周疲劳行为及微观结构

对细晶Ti-2A;-2.5Zr合金进行了室温/低温(77 K)疲劳实验及微观组织观察.结果表明:室温低应变幅Δεt/2(=0.5%,1.0%)下,合金表现为循环软化;室温高应变幅(1.5%,2.0%)下,则表现为循环应力饱和;77 K时,不同应变幅下均表现为循环硬化,且随应变幅升高,循环硬化程度增强.疲劳寿命测试结果表明:低温疲劳寿命始终高于室温.断口SEM观察表明,室温和低温下,疲劳裂纹扩展区均有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展,室温下伴随有大量二次裂纹,低温下的二次裂纹数量明显减少.TEM观察表明:低温下孪生是合金主要的变形方式,包括{1011}和{1121}型孪晶.疲劳变形位错组态为:室温较低应变幅(0.5%,1.0%)下,形成位错线和局部位错缠结;室温下应变幅提高到1.5%和2.0%时,{1010}柱面和{1121}锥面滑移同时开动,位错组态演化为亚晶和明显的位错胞.77 K下,应变幅2.0%时形成沿柱面平行分布的位错带;77 K下应变幅升高到4.5%时,多滑移形成相互垂直的位错线.低温诱发形变孪晶是Ti-2Al-2.5Zr低温疲劳寿命升高的原因.     

Ti-47Al-5Nb合金高温循环变形后的组织和断裂特征

为研究新一代高Nb含量γ-TiAl合金在低周疲劳过程中双态组织稳定性对应力-应变响应和疲劳断裂过程的影响，测试了Ti-47Al-5Nb合金在总应变控制条件下550℃～750℃温度范围的低周疲劳性能，并观察了循环变形后的显微组织，缺陷特征和断口形貌。结果表明：在550℃变形时所产生的循环硬化缘于不均匀的位错滑移，在滑移带内高密度位错之间产生强烈的相互作用降低了位错的可移动性，滑移带产生的应力集中使裂纹易于沿α2/γ层界面扩展。在650℃和750℃变形时的循环软化则一方面归因于部分α2片层溶解和γ相再结晶，另一方面大量孪晶的激活和位错通过交滑移和攀移克服短程障碍的作用使合金的变形能力提高，同时增加了疲劳过程中的塑性应变累积。疲劳断口特点为等轴γ晶和α2/γ层的穿晶断裂。     

双重时效对Ti1023合金低周疲劳行为的影响

研究了双重时效对Ti-10V-2Fe-3Al合金低周疲劳行为的影响。结果显示,高应变幅(△εt/2=1.5%,1.2%,1.0%)下,合金表现为循环软化;低应变幅(△εt/2=0.8%,0.6%)下,则表现为循环应力饱和。疲劳寿命测试结果表明,双重时效疲劳寿命和直接时效疲劳寿命相当,疲劳总应变幅和疲劳寿命满足Coffin-Manson方程。SEM断口形貌显示,双重时效后疲劳裂纹稳定扩展区有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展,并伴随着撕裂棱和二次裂纹,但二次裂纹较直接时效大量减少。TEM形貌显示,不论是双重时效还是直接时效,疲劳后变形组织都很均匀。虽然双重时效和直接时效具有相当的疲劳寿命,但是这种工艺缩短了时效时间,节约了能源,能更好地满足实际工业生产需求。     

Cu-3Ag-0.5Zr合金的高温低周疲劳性能研究

研究了Cu-3%Ag-0.5%Zr合金在800K条件下的高温低周疲劳性能。对循环应力响应行为及循环应力-应变行为进行了分析,给出了Cu Ag Zr合金的疲劳参数,并根据试验数据拟合出了疲劳寿命曲线和方程。结果表明,Cu Ag Zr合金的位错密度较低,循环应力响应行为表现出循环软化特征,合金低周疲劳曲线方程为Δεt/2=0.003(2Nf)-0.1104+0.14(2Nf)-0.7792,合金具有较低的弹性应变幅和较低的过渡疲劳寿命,塑性对疲劳寿命起决定性作用。疲劳裂纹起源于试样表面,且存在有多个裂纹源,有大量微小孔洞存在,孔洞连接萌生裂纹,合金高温断裂方式为穿晶韧性断裂。     

8090Al—Li合金的低周疲劳行为

研究了不同热处理状态８０９０Ａｌ－Ｌｉ合金的循环疲劳与断裂行为。结果表明，相同时效状态合金的循环应力随应变幅的增加而提高，低应变幅下时效状态影响较小；随应变幅的提高，时效状态的影响增强，合金出表现出的循环硬化，软化以及低周疲劳性能与位错组态，沉淀相的尺寸，晶界ＰＦＺ的形成和断口形貌密切相关。     

两种不同热处理工艺下亚稳β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr的低周疲劳行为

研究了固溶+等温时效及固溶+随炉冷却2种不同热处理工艺下Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr(质量分数,%)合金的低周疲劳行为。结果显示:固溶+等温时效处理后的M1合金显微组织中含有短棒状的晶内α相以及连续晶界α相;固溶+随炉冷却处理后得到的M2合金显微组织中含有细长针状的晶内α相、连续晶界α相以及WGB α相。在0.6%、0.7%和0.8%的较低应变幅下M1合金和M2合金均呈现出循环稳定的现象,晶内α相间距较小的M2合金呈现出较高的应力幅值;在1.0%的较高应变幅下,由于背应力和摩擦应力的竞争机制,导致M1合金和M2合金均呈现循环软化现象。在0.9%和1.0%的较高应变幅下M2合金的背应力硬化速率相对较小,其循环软化现象更加明显,其应力幅值相对较低。M2合金的晶内α相将基体分割为若干“封闭单元”且β晶界处形成了向晶内平行生长的WGB α相,导致其低周疲劳寿命均低于M1合金。     

铸造镍基高温合金K52的低周疲劳行为

研究了抗热腐蚀铸造镍基高温合金K52在室温和900℃的低周疲劳行为．对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析，给出了K52合金在此温度下的疲劳参数．合金的循环应力响应行为在室温下呈现循环硬化，而在900℃时则呈现循环软化，原因在于循环形变过程中位错之间以及位错与析出相之间的相互作用．疲劳断口宏观和微观分析表明：裂纹主要萌生于试样表面或靠近表面的缺陷处；裂纹形成后垂直于加载轴方向扩展，试样呈穿晶断裂．     

Ti-1023钛合金的低周疲劳行为

研究了室温Ti-1023钛合金由应变控制的低周疲劳行为。对循环应力-应变数据和应变-疲劳寿命数据进行了分析，通过双对数线性回归处理，得出了Coffin-Mason处理模型的疲劳参数。结果表明：合金总应变幅在0．6％-0．8％时，循环初期表现出轻微的循环硬化，然后循环稳定；总应变幅超过0．8％时则表现为循环软化。表明合金的循环应力响应行为取决于外加总应变幅。     

新型1200 MPa级Ti-35421合金应力腐蚀敏感性的原位电化学研究

以新型1200 MPa级Ti-35421合金(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)为研究对象,采用慢应变速率拉伸实验结合原位电化学监测研究了不同应变速率和阴极保护电位对其应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明：当应变速率为1.67×10^-5mm·s^-1时Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中应力腐蚀敏感性最高,其塑性损失和应力腐蚀指数分别为27.27%和0.273;裂纹尖端钝化膜层在应力和腐蚀的共同作用下钝化保护弱于溶解,导致了应力腐蚀加剧;当外加阴极保护电位为-600mV时Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性最低,其最佳阴极保护电位范围为-450～-600 mV,降低了阳极共轭反应,从而使其塑性损失和应力腐蚀指数分别降低到1.01%和0.113。     

Masing Behavior and Microstructural Change of Quenched and Tempered High-Strength Steel Under Low Cycle Fatigue

Low cycle fatigue behavior of a quenched and tempered high-strength steel(Q960 E) was studied in the strain amplitude ranging from ± 0.5% to ± 1.2% at room temperature. As a result of fatigue loading, the dislocation structural evolution and fracture mechanism were examined and studied by transmission electron microscopy and scanning electron microscopy(SEM). The results showed that this Q960 E steel showed cyclic softening at different strain amplitudes, and the softening tendency was more apparent at strain amplitude of ±(0.6–1.2)% than that at ± 0.5%. The reduction in dislocation density with increasing strain amplitude is responsible for the softening tendency of cyclic stress with the strain amplitude. The material illustrates near-Masing behavior at strain amplitude ranging from ± 0.6% to ± 1.2%. The near-Masing behavior of Q960 E high-strength steel can be the result of stability of martensite lath at different strain amplitudes. Partial transformation from martensite laths to dislocation cells is responsible for the derivation from ideal Masing behavior. In the SEM examination of fracture surfaces, transgranular cracks initiate on the sample surface. Striations can be found during the crack propagation stage.     

两种显微组织的Ti600合金低周疲劳行为

利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜研究了Ti600合金在不同组织类型下的疲劳行为。结果表明,Ti600合金在总应变幅±0.6%～±1.0%范围内,无论是片层(LM)组织还是双态(BM)组织的试样均呈现循环软化现象。在相同的总应变幅条件下,BM组织的试样具有长的疲劳寿命。LM组织试样断口附近侧表面的裂纹易于发生连接,致使循环应力响应的有效面积快速减小,因此LM组织试样在较低的循环应力下发生疲劳断裂。     

多轴载荷下ZL101铝合金的低周疲劳行为

研究不同等效应变幅下ZL101铝合金在多轴比例和非比例载荷下的低周疲劳行为,并用透射电镜观察合金的疲劳行为中的位错结构。结果表明：合金在两种加载方式下均表现为循环硬化;在非比例载荷下合金表现出附加强化,但程度不明显;合金的疲劳寿命随等效应变幅的增加而降低,合金在非比例加载下的疲劳寿命低于比例加载时的疲劳寿命。对位错结构的观察表明,随等效应变幅度的提高,合金的低周疲劳位错结构从交叉位错带转化为位错胞,合金在非比例加载下更易形成位错胞结构。     

LOW CYCLE FATIGUE BEHAVIORS AND MICROSTRUCTURES OF Ti–2Al–2.5Zr WITH FINE GRAIN AT RT AND 77 K

对细晶Ti--2Al--2.5Zr合金进行了室温/低温(77 K)疲劳实验及微观组织观察. 结果表明: 室温低应变幅Δε_t/2(=0.5%, 1.0%)下,合金表现为循环软化; 室温高应变幅(1.5%, 2.0%)下, 则表现为循环应力饱和; 77 K时, 不同应变幅下均表现为循环硬化, 且随应变幅升高, 循环硬化程度增强. 疲劳寿命测试结果表明: 低温疲劳寿命始终高于室温. 断口SEM观察表明, 室温和低温下, 疲劳裂纹扩展区均有明显的疲劳条纹,疲劳裂纹以穿晶方式扩展, 室温下伴随有大量二次裂纹, 低温下的二次裂纹数量明显减少. TEM观察表明: 低温下孪生是合金主要的变形方式, 包括{1011}和{1121}型孪晶. 疲劳变形位错组态为: 室温较低应变幅(0.5%, 1.0%)下, 形成位错线和局部位错缠结; 室温下应变幅提高到1.5%和2.0%时,\{1010}柱面和{1121}锥面滑移同时开动, 位错组态演化为亚晶和明显的位错胞. 77 K下, 应变幅2.0%时形成沿 柱面平行分布的位错带; 77 K下应变幅升高到4.5%时, 多滑移形成相互垂直的位错线. 低温诱发形变孪晶是Ti--2Al--2.5Zr低温疲劳寿命升高的原因.     

Ti-600合金的高周疲劳性能研究

采用120～130Hz的频率测试Ti-600合金光滑试样室温高周轴向应力疲劳性能。结果表明,应力比(R)为0.1时,合金的疲劳强度为475MPa,与IMI834合金相当;合金内含有较细小、薄片状的、互相交错排列的α+β相,这种细小的α+β相间的层状组织对于阻止疲劳裂纹的扩展和提高疲劳裂纹寿命有重要作用;疲劳裂纹扩展阶段,应力同为600MPa时,疲劳寿命为8.61×105的合金试样比寿命为1.78×106的疲劳条纹间距宽;合金内稀土相的尺寸由几个μm到0.2μm变化,合金中未观察到与稀土相颗粒有关的裂纹萌生。     

选区激光熔化制备Ti-6Al-4V合金的热处理工艺及力学性能

采用选区激光熔化技术(SLM)制备Ti-6Al-4V合金圆棒试样,通过不同的热处理工艺改善材料的拉伸性能,并对SLM制备的Ti-6Al-4V合金试样开展了高周疲劳性能测试。通过微观组织和疲劳试样断口分析,揭示了显微组织结构与拉伸性能的关系,以及Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹起始源和裂纹扩展机理。结果表明,热处理工艺对SLM成型Ti-6Al-4V合金的力学性能有显著的影响,920 ℃×1 h水冷,随后800 ℃×2 h炉冷的固溶时效热处理制度可以获得较好的综合室温拉伸性能。其室温组织为晶界上分布的α相和晶粒内部片层状分布的α+β相。SLM成型Ti-6Al-4V合金显微组织中的晶界形成与扫描路径相关,热处理过程中α相会优先在扫描分区搭接处析出。与手册锻件的疲劳寿命曲线比较,在同样的最大应力水平下,增材试样的疲劳寿命比锻件的疲劳寿命低,这种降低的趋势随着应力水平的降低而逐步增大。在400 MPa的应力水平下(R=-1),锻件的疲劳寿命已经在2×10⁷水平,增材试样的疲劳寿命依然较低,约为锻件的1%。SLM成型Ti-6Al-4V合金的应力疲劳寿命偏低,是由于试样中存在未熔合缺陷造成。扫描分区搭接处易产生未熔合缺陷,而疲劳裂纹也会沿着这些缺陷扩展。