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.     

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△K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.     

BASCA热处理对TC10钛合金组织与断裂韧性的影响

本工作对TC10钛合金进行BASCA热处理(β退火+缓慢冷却+时效),通过改变BA温度(β退火温度),研究BASCA热处理对TC10钛合金微观组织与断裂韧性的影响。结果表明：BA温度对合金微观组织与断裂韧性起到决定作用,随着BA温度升高,合金微观组织类型由等轴组织转变为片层组织,断裂韧性不断增加,最大值为77 MPa·m^1/2。此外,研究了不同类型组织的裂纹尖端区域塑性变形量、裂纹扩展路径以及断口微观形貌,进一步揭示断裂机制。与片层组织相比,等轴组织的裂纹尖端区域塑性变形较大,裂纹扩展路径曲折程度较小。等轴组织的断口形貌光滑平顺,主要由韧窝构成;片层组织的断口形貌凹凸起伏明显,韧窝数量与尺寸均减小,并出现撕裂棱、空洞以及二次裂纹。     

1240MPa级Ti-38644高锁螺栓的拉伸疲劳增寿机理

用扫描电镜和能谱观测分析Ti-38644高强钛合金高锁螺栓的拉伸疲劳断口,揭示了高锁螺栓的疲劳裂纹萌生和扩展的微观特征和疲劳增寿机理。结果表明,Ti-38644高强钛合金高锁螺栓的疲劳断口包括疲劳裂纹萌生区、扩展区和瞬断区:疲劳裂纹从螺栓头下圆角滚压薄弱部位表面萌生,随后在基体中呈放射性扩展;进入扩展区后裂纹的尺寸由微观扩展至宏观,以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在解理断裂。头下圆角处的变形层对Ti-38644高锁螺栓的疲劳寿命有显著的影响,变形层使Ti-38644钛合金高锁螺栓的疲劳寿命明显提高。通过微观组织与疲劳寿命的对比,探讨了Ti-38644钛合金高锁螺栓疲劳强化的作用机理。     

TC4钛合金复合加载下超高周疲劳性能研究EI北大核心CSCD

针对航空发动机压气机叶片在实际工况下的超高周疲劳断裂问题,研究了三种锻造温度下TC4钛合金三点弯曲–轴向拉伸复合加载的疲劳破坏行为。试验结果表明,S-N曲线呈直线下降型和双平台型,采用985℃近锻造时疲劳性能最好。随着应力幅值降低,裂纹由表面萌生向次表面萌生转变,断口形貌呈现准解理断裂特征。表面裂纹萌生于α晶界或α-β相界,由位错滑移堆积导致;而次表面裂纹萌生于刻面,由初生α相解理导致。疲劳寿命由裂纹萌生阶段主导,且所占比例随总寿命的增加而变大。双态组织中初生α含量和尺寸均小于等轴组织,且β转变组织含量更高,从而具备更好的疲劳性能。轴向拉伸改变了试件的轴向应力分布,有利于提高裂纹萌生于次表面的概率,使裂纹起源点向内部迁移。     

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。     

某挤出机螺杆断裂原因分析

某德国进口的熔融挤出机在投入使用7a(年)后螺杆发生断裂,采用断口宏观分析、化学成分分析、拉伸试验、断口微观分析、金相检验、显微硬度测试等方法,对螺杆断裂原因进行了分析。结果表明:断裂螺杆的滚条堆焊层热影响区宽度不均匀,显微组织变形,材料中的脆性夹杂物在外力作用下引起应力集中是螺杆热影响区萌生裂纹源的主要原因;裂纹在螺杆扭转应力作用下沿堆焊层逐渐扩展最终导致疲劳断裂。     

挖掘机销轴断裂分析

利用宏观检验、断口分析、化学成分分析、金相检验以及硬度检测等方法,对42CrMo钢挖掘机销轴的断裂原因进行了分析。结果表明:销轴断裂为双向弯曲疲劳断裂。由于销轴表面存在较脆的白亮层ε相,且白亮层分布有较严重的疏松,增加了销轴表面的脆性,使销轴表面形成了较多的微裂纹,导致了疲劳裂纹的萌生;销轴的渗氮层深度和硬度偏低也降低了销轴的疲劳强度,加速了疲劳裂纹的扩展,最终使销轴发生早期疲劳断裂。     

轴坯校直断裂分析

材料为3Cr13钢的轴坯在进行机械校直时，有30%的轴坯发生了横向断裂。经分析，轴坯的化学成分符合技术条件要求。经宏、微观检验，发现轴坯的外表面有数条裂纹；其显微组织为位向明显的回火索氏体，裂纹表面有轻微的氧化脱碳；轴坯断口为萘状断口，其微观断裂途径为沿晶断裂。通过对断裂轴坯表面裂纹的分析，认为轴坯表面裂纹分为两类：一类裂纹是由于轴坯原材料表面有较深的纵向划伤缺陷，热处理时沿缺陷处进一步扩展形成的；另一类裂纹是轴坯在淬火加热过程中由于温度偏高而形成的过热裂纹。因此，淬火加热时的过热导致轴坯在淬火冷却时形成表面裂纹，这样在轴坯机械校直时表面裂纹又诱发轴坯发生断裂。     

TC4ELI钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究

应力腐蚀是海洋装备用钛合金面临的主要威胁之一。为了给海洋装备的安全服役提供技术支撑，以海洋环境用TC4ELI钛合金为研究对象，根据恒位移WOL(楔形张开加载)试样测定K_ISCC的原理，系统开展了不同组织状态下TC4ELI钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究。用光学显微镜和扫描电镜观察了应力腐蚀试样断口形貌和裂纹扩展路径，用二次离子质谱仪分析了裂纹部位元素分布情况。结果表明：TC4ELI双态组织(α相与β相)板材的应力腐蚀门槛值K_ISCC为56.01 MPa·m^1/2,魏氏组织板材的应力腐蚀门槛值K_ISCC大于67.48 MPa·m^1/2,应力腐蚀试样断口主要由基体、疲劳预制区和撕裂区组成，双态组织试样疲劳预制区与撕裂区界面存在应力腐蚀区，裂纹尖端除主裂纹外还有部分次生裂纹出现；魏氏组织试样未发现明显应力腐蚀开裂特征，魏氏组织的抗应力腐蚀能力优于双态组织的。TC4ELI合金双态组织试样的应力腐蚀开裂以穿晶断裂为主，氢元素易于在裂纹尖端富集。     

2205双相不锈钢在NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为

为提高2205双相不锈钢的使用安全性,采用光学显微镜和力学性能测试等方法,研究了2205双相不锈钢在NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展行为。结果表明:与空气中相比,2205双相不锈钢在NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展门槛值有降低的趋势,近门槛区的裂纹扩展速率有所提高,并且裂纹扩展由近门槛区向稳态扩展区转变的临界ΔK提高;在稳态扩展阶段,NaCl溶液使裂纹扩展速率显著提高,导致疲劳寿命显著降低;当NaCl浓度在0.5%~26.6%范围内时,随着浓度的增大,稳态扩展阶段的Pairs方程参数m值呈增大趋势,C值呈减小趋势;NaCl溶液中力学和环境因素的交互作用,加速了疲劳裂纹扩展,材料一旦进入稳态扩展就更容易进入高速扩展区并最终发生断裂。     

超音速微粒轰击对TC11钛合金组织和疲劳性能的影响

采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对层片组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理,对比研究了表面纳米化处理前、后TC11钛合金的室温高周疲劳行为;借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对比分析了高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌.结果表明:经SFPB处理后在钛合金表层产生了30～50μm厚的纳米层,纳米晶尺寸在5～15 nm左右;疲劳性能得到明显提高,在相同应力级别下的疲劳寿命提高了约8～10倍,疲劳条带宽度变窄,且随着加载级别的降低,疲劳寿命提高的倍数逐渐增加;SFPB前、后疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区三部分组成,但SFPB处理后的疲劳源由处理前的表层移至次表层;SFPB处理态试样疲劳加载后表层组织仍为纳米量级,但次表层组织中出现大量的形变孪晶、位错缠结以及少量的形变诱导马氏体组织.     

含氢的Ti-2Al-2.5Zr合金的静态和动态断裂行为研究

采用紧凑拉伸(CT)试样,研究了含氢110μg/g的Ti-2Al-2.5Zr钛合金在室温的静载延迟裂纹扩展(da/dt)和疲劳加载裂纹扩展(da/dN)行为,用扫描电镜观察了断口形貌.结果表明,Ti-2Al-2.5Zr合金含氢110μg/g即足以引起材料的静载氢致延迟断裂,氢在裂纹尖端扩散聚集并析出氢化物,导致材料变脆,是氢致延迟断裂的微观机制;而相同含氢量时对疲劳断裂过程的影响微弱,疲劳断裂受通常的裂纹萌生、稳态扩展和瞬断机制控制.     

激光选区熔化TC11钛合金的断裂机理及异种载荷下裂纹扩展研究

目的 基于航天航空领域损伤容限性钛合金的设计理念,研究沉积态TC11钛合金拉伸速率相关的断裂机理及异种载荷形式下裂纹扩展路径。方法 采用电子背散射衍射(EBSD)表征由激光选区熔化(SLM)制备的沉积态TC11钛合金的晶粒形貌,利用扫描电子显微镜分析不同应变速率下TC11钛合金的断口形貌和缺陷分布,针对无法原位实时追踪裂纹扩展路径的问题,利用Abaqus相场UEL对裂纹扩展进行研究。结果 沉积态TC11钛合金中,∥BD截面上的晶粒主要为柱状晶并有少部分等轴晶,⊥BD截面上的晶粒全部为等轴晶,组织为由密排立方结构(HCP)的针状α相构成的马氏体,无明显晶粒取向;瞬时载荷下,载荷为1、1.5、2 MPa时,切向裂纹宽度分别为0、7.69、14 mm,角度分别为108°、92°、82°;周期载荷下,载荷为1、1.1、1.2、1.35、1.5 MPa时,裂纹宽度分别为15.56、11.87、26.23、20.51、20.92 mm。结论 随拉伸速率的增加,断裂机理由韧性断裂转化为脆性断裂;瞬时加载时,裂纹萌生并切向扩展,进而裂纹分叉直至完全断裂,且载荷的增加对沉积态TC11钛合金切向裂纹有促进作用,同时可抑制裂纹的分叉;周期加载时,载荷的增加对裂纹宽度先是起促进作用,裂纹达到最大值后稳定在25~20 mm。     

P92钢等离子弧焊接接头原位拉伸的SEM观察研究

针对6 mm厚P92钢等离子弧焊接接头,利用带动态拉伸台的高分辨扫描电镜对接头的不同区域进行原位拉伸实验,通过试样动态断裂过程观察并结合断口分析研究了P92钢等离子弧焊接接头各区的微观断裂机理.结果表明:接头焊缝区在拉伸过程中经历了前期的钝化伸张区之后,裂纹起裂于中间相M23 C6处,而焊缝区的裂纹扩展路径沿着中间相M23 C6前进,并在断面上形成了撕裂脊,属于穿层断裂;热影响区是P92焊接接头的最薄弱环节,裂纹起裂于中间相M23 C6处,其断口起裂的孕育阶段基本没有前期的钝化,即前期的塑性裂纹的扩展长度Xf=0,裂纹以沿层断裂模式进行扩展,在断口处有分层现象,最终断面呈现出裂纹以解理断裂模式进行扩展;母材区的拉伸试样在经历了钝化伸张区之后,前期的裂纹以塑性断裂模式进行扩展,裂纹在扩展过程中遇到较多的中间相M23 C6时形成应力集中,同时在其附近出现空洞,此时裂纹以解理断裂模式进行扩展,属于沿层断裂.     

ZTA15铸造钛合金高周疲劳性能研究

目的 研究ZTA15铸造钛合金的高周疲劳性能及其疲劳断裂微观机理。方法 测试ZTA15铸造钛合金的室温轴向拉伸高周疲劳性能,并对合金的金相组织和断口形貌进行观察与分析。结果 随着应力比的提高,ZTA15铸造钛合金的疲劳强度相应提高,疲劳寿命也相应延长。应力比为?1、0.06、0.5时,相应ZTA15铸造钛合金的中值疲劳强度分别为341.5、512.5、643 MPa。疲劳断口形貌显示,疲劳裂纹多萌生于试棒的表面和次表面,裂纹萌生区呈类解理断裂特征。裂纹扩展区可以观察到明显的疲劳辉纹、扩展台阶和二次裂纹等典型特征。结论 疲劳失效机理和疲劳性能差异与合金的显微组织有一定的关系。应力比对疲劳性能的影响主要作用于疲劳裂纹的萌生和扩展阶段。     

损伤容限钛合金的研究进展及应用现状

本文综述了Ti-6Al-4V ELI, TC4-DT, TC21和TA15 ELI四种损伤容限钛合金的研究新进展及其应用.指出Ti-6Al-4V ELI损伤容限合金在国外已经成功应用于飞机制造中,而 TC4-DT, TC21, TA15 ELI三种损伤容限钛合金在国内处于开发研究阶段.重点介绍了TC4-DT, TC21, TA15 ELI的断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等损伤容限性能及其影响因素,指出片层组织有利于损伤容限性能的提高.     

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。     

激光3D打印TC4钛合金工件根部裂纹成因分析

激光3D打印TC4钛合金工件的根部出现了裂纹。通过分析裂纹的微观特征以及工件的残余应力,分析了裂纹产生的主要原因。结果表明:以高速、微层、微区连续熔凝为特征的激光3D打印,其热输入量较小,打印层对已成型层的退火作用小,导致激光3D打印TC4钛合金工件外表面出现严重的拉应力,最大值达到了640 MPa;同时3D打印过程中存在的飞溅、咬边和熔道不连续等缺陷,会影响下一层铺粉厚度和密度的均匀性,导致微观缺陷的产生,或使得打印工件的性能在微观上不均匀;微观分析显示,裂纹起源和终止于微缺陷处,在扩展过程中有向微缺陷处发展的特征;预热温度不够、严重的残余拉应力、微观缺陷或性能不均匀的共同作用,是导致激光3D打印TC4钛合金工件根部出现裂纹的主要原因。     

一种含4.2%Re单晶镍基合金的蠕变行为与组织演化规律

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了一种含4.2%Re镍基单晶合金的蠕变行为和组织演化规律。结果表明:单晶合金在试验的温度和应力范围内,对施加应力和温度有明显的敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的激活能和应力指数。在蠕变初期,合金中γ′相沿垂直于应力轴方向形成N-型筏状结构,蠕变断裂后在远离断口区域形成的筏状γ′相逐渐转变成扭曲形态,在近断口区域的筏状组织转变成与施加应力轴方向呈近45°角度倾斜。合金在稳态蠕变期间的变形机制是位错攀移越过γ′相,位错的攀移通过割阶沿位错线运动而逐步实现;而在蠕变后期,合金的变形机制是位错剪切筏状γ′相。