原位观察技术测定TC4钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值

金属材料疲劳裂纹门槛值是金属材料疲劳寿命模型中的一个重要参量,现有的测量方法存在测量时间长、成本高的问题。针对该问题,提出了利用高倍率的扫描电子显微镜通过对疲劳断口进行量化检测获得裂纹扩展门槛值的方法。结果表明,利用该方法获得门槛值与采用升降法获得的门槛值数值差距较小,且测量方法简单。

通过对各种疲劳门槛值的理论模型的分析,认为结构钢的拉伸性能指标和循环加载条件是裂纹体疲劳门槛值的决定因素.建立了用屈服强度、抗拉强度、断裂延性和循环加载应力比预测疲劳门槛值的人工神经网络模型,并用10种结构钢的60个样本对该模型进行了训练.结果表明,人工神经网络模型可以很好地描述疲劳门槛值与结构钢拉伸性能指标及应力比之间复杂的定量关系.应用所训练的人工神经网络模型预测了部分结构钢的疲劳门槛值,预测的结果与实测值符合良好

研究了带环状预裂纹不锈钢圆棒试样在循环扭转载荷下、门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值.随着裂纹的扩展,裂纹扩展速率由于裂纹面的滑移接触而减小.通过外插裂纹扩展速率与裂纹长度之间的关系,可近似得到裂纹长度为零时无裂纹面滑移接触影响的裂纹扩展速率.施加的应力强度因子范围可分解为推动裂纹扩展的有效值和由于裂纹面的滑移接触而屏蔽掉的两部分.预测了疲劳裂纹的萌生和断裂极限,预测值和实验值相当一致.

腐蚀疲劳是一种由疲劳应力和腐蚀介质共同引起的材料损伤，利用扫描电子显微镜原位观测技术对于预腐蚀ld10cz铝合金进行了疲劳试验研究，试验结果表明腐蚀损伤强烈影响铝合金的疲劳裂纹扩展行为。

采用统计分析的方法研究了固溶氢对tc4钛合金电子束焊接头疲劳寿命的影响,并对接头试样的疲劳断裂位置和疲劳断口形貌进行了观察与分析。结果表明,氢显著降低了tc4钛合金试样的疲劳寿命,氢含量0.028%(质量分数)的钛合金的疲劳寿命仅为未充氢试样的一半,当氢含量增大到0.120%时,疲劳寿命降到了未充氢的五分之一。疲劳试样多数断于接头的热影响区,造成这一结果的主要原因是热影响区的组织不均匀性和氢含量相对较高。断口的形貌特征表明,氢促进了疲劳裂纹的萌生和增加了裂纹扩展的速度,导致钛合金电子束焊接头的疲劳寿命显著降低。

钛合金tc4材料由于有较高的屈服强度,且弹性模量低,在常温下存在成型困难,回弹大,塑性变形范围窄等特点,导致成型时容易出现裂纹等缺陷。特别是在较薄件,尺寸精度要求高的条件不容易实现。论文针对管外径为219mm,厚度为1mm的,长度为1000mm,其圆度公差要求±0.10mm,直线度公差为0.5mm的管进行成型工艺研究。以提高成品率,降低制造成本,创新一种制造新途径。

显微组织对医用TC4钛合金U型钉缩口的影响

首次对tc4钛合金板进行了激光冲击成形实验研究,实现了tc4板的激光冲击成形。并利用金相显微镜、扫描电镜(sem)和显微硬度计分析了冲击成形后试样组织结构和表层硬度的变化。实验结果表明激光冲击成形技术不但可以实现对tc4钛合金板的成形,而且还可以提高了tc4钛合金板的物理和力学性能。最后通过与sus304不锈钢成形效果的比较,说明了tc4钛合金比sus304不锈钢更难成形。

针对不同时效状态、相同时效状态在不同应力比(0.1,0.5)和不同方向(l-t,t-l)的6156铝合金的疲劳裂纹扩展速率进行了研究;同时还用透射电镜及扫描电镜对合金的显微组织与断口形貌进行了观察。结果表明:不同时效状态下,在疲劳第ⅰ和第ⅱ阶段,自然时效态合金的疲劳裂纹扩展速率最小,t6欠时效态的较大,t6过时效的最大,t6峰时效的介于t6欠时效和过时效之间;应力比为0.5时合金的疲劳裂纹扩展速率比应力比为0.1时的大;取样方向对裂纹扩展速率几乎没有影响,6156铝合金的抗疲劳性能无明显的各向异性。

研究了带环状预裂纹的奥氏体不锈钢圆棒试样在循环扭转／拉伸复合载荷下,门槛值附近的疲劳裂纹扩展行为,分析了复合加载时不同载荷比对裂纹扩展的影响,对裂纹扩展的初始阶段进行了详细研究,用应力强度因子表征了裂纹扩展开始的门槛值,提出了椭圆方程表达的疲劳裂纹扩展开始的门槛值模型,该方程可在裂纹尖端位移准则的基础上导出,疲劳裂纹扩展停止的门槛值条件也可用椭圆方程表达。

tc4与ta15钛合金氩弧焊疲劳特性对比分析——选用tg4和ta15的氩弧焊焊接件作为研究对象，分别进行4个应力水平下的恒幅疲劳试验。依据文建立的三参数疲劳寿命模型对试验结果进行对比分析，ta15的氩弧焊的疲劳性在10～10范围内略优于tg4氩弧焊，并讨论了可能的影...

采用双面潜弧焊焊接了45mm厚的tc4钛合金,得到了内部无缺陷的对接接头,采用光学显微镜分析了接头的显微组织。结果表明:焊缝为β柱状晶,柱状晶内为α′马氏体组成的网篮组织,先焊焊缝受后一道焊缝影响,α′马氏体呈条状,后焊焊缝高温停留时间较短,冷却后α′马氏体为针状;热影响区分为部分重结晶区、过渡区、细晶区与粗晶区,且皆为等轴晶,但尺寸及形态不同;部分重结晶区为等轴α、β组织;过渡区为等轴α、针状α′马氏体和残留β晶粒组织;细晶区则为针状α′马氏体和残留β晶粒;粗晶区组织为网篮状α′马氏体和残留β晶粒。

利用表面改性技术,研究了黑色转化膜制备工艺。用扫描电镜分析了膜层的形貌,用显微硬度计、tpe盐雾试验箱等检测了膜层的硬度、耐蚀性能。结果表明,获得的黑色转化膜的膜层是均匀、稳定、多孔性的。与基体相比,显微硬度和耐腐蚀性能有显著提高,满足了武器装备中钛合金附件表面改性处理的要求。

通过真空自耗熔炼制备的tc4合金铸锭,经开坯锻造后,终锻成棒坯并机加工成挤压管材用坯料,随后在不同工艺条件下挤压,以获得球形气瓶用具有细晶组织特征的超塑性tc4合金管材。研究了工艺参数对挤压管材的组织及力学性能的影响。结果表明:对挤压前的坯料在1050℃进行β固溶预处理,然后在950℃对两相区挤压,可获得晶粒尺寸达5～10μm的细晶组织,管材超塑性拉伸伸长率达600%～900%,有效地保证了球形气瓶的超塑性成型。

在实际的加工生产中,切削力影响切削热、切削温度和刀具磨损等物理现象,但是并没有切削力的理论公式来指导实践,都是通过经验和实际测量获得的.所以本文采用pcd刀具和硬质合金刀具对钛合金tc4进行车削,并采用单因素试验法进行对比,发现pcd刀具在钛合金tc4高速车削中有非常好的切削力的特性,以便对以后的加工实践进行指导.

TC4钛合金-304不锈钢异种材料扩散焊研究

通过对tc4板材进行两种t型接头的激光焊接试验,分析了酸洗、焊接环境及焊后修复对钛合金激光焊接接头质量的影响,实验结果表明,钛合金激光焊具有较强的气孔倾向,酸洗及焊后重熔并未明显改善接头气孔的情况,但气孔数量对湿度的变化较为敏感。不同焊接试验的结果统计表明,虽然接头存在大量气孔,但只有位于上下两侧板材的贴合面处的这一小部分气孔才会造成受力面积的减小,因此接头整体仍具有较高的抗剪力。

采用金相显微镜观察了钛合金激光对接接头超塑性变形前后各区域显微组织,并分析其形成机理.结果表明,变形温度的增加或应变速率的降低有利于tc4合金接头超塑变形,母材晶粒发生一定程度的长大,且α相的数量相对减小,而晶间β相数量逐渐增加,两相都有等轴化趋势;焊缝超塑性变形时,针状组织增厚成为片层状.变形过程中片层组织被打断,片层长度变短,具有球化的趋势;超塑性变形后焊缝截面显微硬度最大为380hv,与变形前焊缝相比降低约50hv,满足实际承载需求.

研究了tc4钛合金板材高灵敏度双晶探头超声波检测中变型波、组织噪声的产生原因及影响。结果表明:变型波会给缺陷波定量评定带来影响,以缺陷波始脉冲波幅定量评定最为准确,对于缺陷波始脉冲之后的波幅超标应选用不同焦距的双晶探头进行对比检测。组织噪声的产生与板材中同取向粗大α相晶粒增多密切相关,通过减小脉冲宽度可有效降低组织噪声。

进行了母材氢含量为0.008%和0.023%的tc4钛合金氩弧焊焊接头力学性能试验,发现在变形开始阶段氢引起的软化和后期阶段的硬化和脆化现象.室温下,变形速度在10-2-10-3s-1范围内面缩很低,出现脆性.分析认为,软化是由于氢减弱晶格结合强度、加快位错运动所致,硬化和脆化则是由于氢在晶界附近富集和位错堆积难以运动所致.为恢复因氢降低的力学性能,应进行真空去氢处理.

用装配3点弯曲试验装置的扫描电镜原位分析了ga钢板变形情况下镀层中裂纹的产生、扩展、镀层断裂及ga钢板在塑性变形过程中镀层与钢基体界面交互作用的情况。试验及分析结果表明:镀层承受拉应力的一侧,裂纹在г/δ1相界面处产生,在δ1相中沿着垂直于镀层平面的方向扩展,并沿着г相/钢基体界面延伸,镀层塑性变形的迹象不明显;镀层承受压应力的一侧表现出了明显的塑性变形,存在裂纹之间的相互作用和不均匀变形情况。合金化镀层无论承受拉应力还是压应力,镀层主要的破坏形式是断裂,而与镀层相接触的钢基体的主要破坏形式是局部不均匀塑性变形。

采用标准紧凑拉伸ct试样及改进型ct试样,研究了螺旋桨用铜合金zcual8mn14fe3ni2在空气、自来水及3.5%氯化钠水溶液中的疲劳裂纹扩展特性。结果显示:在自来水中,试验材料的疲劳裂纹扩展速率与在空气中的差别不大,表明自来水对试验材料的腐蚀作用不明显;当应力强度因子范围δk在(17~32)mpa.m1/2之间变化时,在3.5%氯化钠水溶液中,试验材料的疲劳裂纹扩展速率明显比在空气中时快,表明试验材料同时受到了腐蚀作用,但当应力强度因子范围δk大于32mpa.m1/2时,这种腐蚀作用却随着δk的增加在逐渐弱化。研究结果为试验材料的工程应用提供了依据。