钛合金焊缝表面疲劳短裂纹的扩展行为

对TC2钛合金焊缝金属疲劳表面短裂纹扩展行为进行了实验研究,表明裂纹的扩展过程是多裂纹系统的演化过程.基于实验结果,考虑到短裂纹扩展过程中的合并、干涉作用等因素,用应力松弛区模糊化的方法,建立了仿真模型,对疲劳短裂纹演化的物理过程进行了数值模拟.将短裂纹演化行为模拟结果与短裂纹扩展复型的实验结果比较,可以看出两者吻合较好,表明所建立的准则合理、实用.     

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。     

Ti-1023钛合金的疲劳裂纹扩展行为

研究了Ti-1023合金轮盘轮缘的疲劳裂纹扩展规律,分析了取样方向和应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,在相同的应力场强度因子范嗣下,随应力比的增大,裂纹扩展速率也随之增大;而取样方向对疲劳裂纹扩展速率的影响不大;验证了全范嗣疲劳扩展公式,为进一步寿命估算提供了依据.     

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。     

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。     

应力比对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了研究,绘制出疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK之间的关系曲线,用SEM对断口形貌进行了观测。实验结果表明,随着应力比增加,裂纹扩展速率增加;应力比降低,da/dN曲线向高ΔK方向移动。预裂区主要是以微区解理断裂机制为主,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,快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征。     

TA15钛合金焊缝及热影响区疲劳裂纹扩展行为

在扫描电镜下对TA15钛合金氩弧焊焊缝(FZ)及热影响区(HAZ)疲劳裂纹扩展行为进行了动态原位观察研究.结果表明,焊缝疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端滑移明显,滑移线较长;热影响区裂纹扩展初期裂纹尖端滑移不明显,在裂纹扩展中后期才出现较为明显的滑移,且滑移线较短,存在较多的二次裂纹;焊缝疲劳裂纹扩展速率高于热影响区.焊缝与热影响区疲劳裂纹扩展行为的差异与其显微组织的不同有关.     

Ti8LC低成本钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

采用双重退火对Ti8LC低成本钛合金进行热处理,测试其拉伸性能,并对其疲劳裂纹扩展行为进行研究,探索其疲劳断裂机制.结果表明,提高双重退火的第1次退火温度,强度略有升高,塑性降低.da/dN试样断口3个区特征明显:预裂区为解理断裂机制.稳态扩展区裂纹以条纹循环机制向前扩展,同时能观察到很多二次裂纹.快速扩展区的断口呈韧窝型断裂特征.该合金的疲劳裂纹扩展速率对退火温度不敏感.     

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。     

铸造钛合金ZTC4不同应变比下的低周疲劳行为

采用岛津液压伺服疲劳试验机研究了铸造钛合金ZTC4在不同应变比下(R=-1、0.06和0.5)的低周疲劳行为。对比分析了不同应变比下应力-应变迟滞回线、循环应力响应曲线以及疲劳寿命的差异,并采用SWT模型和Walker等效应变模型对不同应变比下的试验结果进行表征。结果表明:在200℃时,应变比为-1时,迟滞回线基本以原点对称,且随着应变水平的增大,迟滞回线包围的面积呈上升趋势;应变比为0.06和0.5时,滞后环沿坐标轴发生了平移,且随着应变水平的降低,迟滞回线沿拉应力的方向移动;不同应变比下合金的循环疲劳寿命相差甚微,SWT模型和Walker等效应变模型能很好的表征材料不同应变比下的疲劳试验结果,精度在±2倍的分散带内。     

固溶时效提高ZTC4钛合金铸件性能研究

通过对力学性能异常某批次ZTC4钛合金骨架铸件化学成分分析,发现该批次铸件氧含量偏低是造成铸件力学性能不合格的根本原因。采用不同相区氩气冷却固溶处理后,发现经过两种固溶工艺处理后的铸件微观组织均为魏氏组织,都存在α'马氏体、晶界α。晶界都得到不同程度细化。β相固溶后,铸件晶粒明显粗大。β相区固溶时效后钛合金铸件强度较α+β两相区固溶时效高,但塑性有所降低。较快的冷却速度条件下,铸件固溶后易变形。     

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。     

ZTC4钛合金温变形力学行为研究

研究了ZTC4合金在温度700～900 ℃、应变速率10-2～30 s-1、最大变形程度70%条件下的温变形行为,结合试样开裂状态,获得了ZTC4合金单向压缩成形性能,并对其微观组织进行了分析.结果表明ZTC4合金是一种温度、应变速率敏感材料,流动应力随应变速率增加、温度下降而明显上升,其流动曲线具有应力峰和变形软化特征,在ε≥0.8～0.9以后,流动应力趋于饱和稳定状态;通过控制变形温度和应变速率等参数,在(α β)两相区可实现ZTC4合金的塑性变形,同时细化其组织.     

ZTC4钛合金精铸件电子束焊接接头组织与疲劳行为研究

在四种不同应力水平下对ZTC4钛合金精铸件进行了疲劳试验,研究了ZTC4钛合金精铸件电子束焊接接头组织、疲劳性能与疲劳断裂特征。结果表明,ZTC4钛合金精铸件基体显微组织为片层组织,电子束焊缝为晶粒内析出大量的细针状a’相的针状马氏体组织特征;焊缝硬度略高于基体;疲劳裂纹一般起源于焊缝熔合区表面或次表面微气孔,疲劳扩展初期断口表面存在类解理光滑刻面,并且疲劳条带呈脆性条带特征,而在疲劳扩展的中后期,转变为韧性疲劳条带特征;尺寸较大的表面、次表面焊接或冶金缺陷对焊接接头的疲劳性能有较大的影响。     

ZTC4钛合金铸件表层与内部组织的相关性研究

采用组织定量分析技术,对某大型钛合金铸件产品各区域的组织进行定量评估,对比分析了铸件表层组织和内部组织的相关性,探讨了铸件本体组织评估中试样选取及观察原则。结果表明,铸件本体表层、中心层和截面获得的晶粒尺寸均值、晶粒尺寸分布半高宽均随铸件厚度增加呈线性增大的趋势,表层及中心层的晶粒尺寸分布相似并呈正态分布的特点,截面组织分布呈偏态分布的特点。结合钛合金铸件特点,在大型复杂精密钛合金铸件本体组织评估中,建议统一采用表层组织来评估铸件组织的均匀性。     

TC4-DT钛合金片层组织疲劳裂纹扩展速率

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处理的高。由于次生α片层组织具有较好的变形协调性,加快裂纹的扩展,因此具有较双重空冷处理较高的疲劳裂纹扩展速率。     

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。     

气体元素对ZTC4铸造钛合金力学性能的影响

为提高ZTC4钛合金铸件质量,研究了气体元素(H、N、O)含量对ZTC4铸造钛合金力学性能的影响.结果表明,氢、氮、氧在一定范围内能够提高合金的强度;氢控制在0.010％～0.012％,氮控制在0.01％～0.02％,氧控制在0.10％～0.15％时,有利于提高ZTC4钛铸件的综合性能.生产中对自耗电极、铸型、后处理等生产过程进行的技术规范严格控制有利于控制铸件中气体元素含量,获得优质的钛铸件.