原位觀察技術(shù)測定TC4鈦合金的疲勞裂紋擴展門檻值

金屬材料疲勞裂紋門檻值是金屬材料疲勞壽命模型中的一個重要參量,現(xiàn)有的測量方法存在測量時間長、成本高的問題。針對該問題,提出了利用高倍率的掃描電子顯微鏡通過對疲勞斷口進行量化檢測獲得裂紋擴展門檻值的方法。結(jié)果表明,利用該方法獲得門檻值與采用升降法獲得的門檻值數(shù)值差距較小,且測量方法簡單。

通過對各種疲勞門檻值的理論模型的分析,認為結(jié)構(gòu)鋼的拉伸性能指標和循環(huán)加載條件是裂紋體疲勞門檻值的決定因素.建立了用屈服強度、抗拉強度、斷裂延性和循環(huán)加載應力比預測疲勞門檻值的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型,并用10種結(jié)構(gòu)鋼的60個樣本對該模型進行了訓練.結(jié)果表明,人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型可以很好地描述疲勞門檻值與結(jié)構(gòu)鋼拉伸性能指標及應力比之間復雜的定量關(guān)系.應用所訓練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型預測了部分結(jié)構(gòu)鋼的疲勞門檻值,預測的結(jié)果與實測值符合良好

研究了帶環(huán)狀預裂紋不銹鋼圓棒試樣在循環(huán)扭轉(zhuǎn)載荷下、門檻值附近的疲勞裂紋擴展行為,用應力強度因子表征了裂紋擴展開始的門檻值.隨著裂紋的擴展,裂紋擴展速率由于裂紋面的滑移接觸而減小.通過外插裂紋擴展速率與裂紋長度之間的關(guān)系,可近似得到裂紋長度為零時無裂紋面滑移接觸影響的裂紋擴展速率.施加的應力強度因子范圍可分解為推動裂紋擴展的有效值和由于裂紋面的滑移接觸而屏蔽掉的兩部分.預測了疲勞裂紋的萌生和斷裂極限,預測值和實驗值相當一致.

腐蝕疲勞是一種由疲勞應力和腐蝕介質(zhì)共同引起的材料損傷，利用掃描電子顯微鏡原位觀測技術(shù)對于預腐蝕ld10cz鋁合金進行了疲勞試驗研究，試驗結(jié)果表明腐蝕損傷強烈影響鋁合金的疲勞裂紋擴展行為。

采用統(tǒng)計分析的方法研究了固溶氫對tc4鈦合金電子束焊接頭疲勞壽命的影響,并對接頭試樣的疲勞斷裂位置和疲勞斷口形貌進行了觀察與分析。結(jié)果表明,氫顯著降低了tc4鈦合金試樣的疲勞壽命,氫含量0.028%(質(zhì)量分數(shù))的鈦合金的疲勞壽命僅為未充氫試樣的一半,當氫含量增大到0.120%時,疲勞壽命降到了未充氫的五分之一。疲勞試樣多數(shù)斷于接頭的熱影響區(qū),造成這一結(jié)果的主要原因是熱影響區(qū)的組織不均勻性和氫含量相對較高。斷口的形貌特征表明,氫促進了疲勞裂紋的萌生和增加了裂紋擴展的速度,導致鈦合金電子束焊接頭的疲勞壽命顯著降低。

鈦合金tc4材料由于有較高的屈服強度,且彈性模量低,在常溫下存在成型困難,回彈大,塑性變形范圍窄等特點,導致成型時容易出現(xiàn)裂紋等缺陷。特別是在較薄件,尺寸精度要求高的條件不容易實現(xiàn)。論文針對管外徑為219mm,厚度為1mm的,長度為1000mm,其圓度公差要求±0.10mm,直線度公差為0.5mm的管進行成型工藝研究。以提高成品率,降低制造成本,創(chuàng)新一種制造新途徑。

顯微組織對醫(yī)用TC4鈦合金U型釘縮口的影響

首次對tc4鈦合金板進行了激光沖擊成形實驗研究,實現(xiàn)了tc4板的激光沖擊成形。并利用金相顯微鏡、掃描電鏡(sem)和顯微硬度計分析了沖擊成形后試樣組織結(jié)構(gòu)和表層硬度的變化。實驗結(jié)果表明激光沖擊成形技術(shù)不但可以實現(xiàn)對tc4鈦合金板的成形,而且還可以提高了tc4鈦合金板的物理和力學性能。最后通過與sus304不銹鋼成形效果的比較,說明了tc4鈦合金比sus304不銹鋼更難成形。

針對不同時效狀態(tài)、相同時效狀態(tài)在不同應力比(0.1,0.5)和不同方向(l-t,t-l)的6156鋁合金的疲勞裂紋擴展速率進行了研究;同時還用透射電鏡及掃描電鏡對合金的顯微組織與斷口形貌進行了觀察。結(jié)果表明:不同時效狀態(tài)下,在疲勞第ⅰ和第ⅱ階段,自然時效態(tài)合金的疲勞裂紋擴展速率最小,t6欠時效態(tài)的較大,t6過時效的最大,t6峰時效的介于t6欠時效和過時效之間;應力比為0.5時合金的疲勞裂紋擴展速率比應力比為0.1時的大;取樣方向?qū)α鸭y擴展速率幾乎沒有影響,6156鋁合金的抗疲勞性能無明顯的各向異性。

研究了帶環(huán)狀預裂紋的奧氏體不銹鋼圓棒試樣在循環(huán)扭轉(zhuǎn)／拉伸復合載荷下,門檻值附近的疲勞裂紋擴展行為,分析了復合加載時不同載荷比對裂紋擴展的影響,對裂紋擴展的初始階段進行了詳細研究,用應力強度因子表征了裂紋擴展開始的門檻值,提出了橢圓方程表達的疲勞裂紋擴展開始的門檻值模型,該方程可在裂紋尖端位移準則的基礎上導出,疲勞裂紋擴展停止的門檻值條件也可用橢圓方程表達。

tc4與ta15鈦合金氬弧焊疲勞特性對比分析——選用tg4和ta15的氬弧焊焊接件作為研究對象，分別進行4個應力水平下的恒幅疲勞試驗。依據(jù)文建立的三參數(shù)疲勞壽命模型對試驗結(jié)果進行對比分析，ta15的氬弧焊的疲勞性在10～10范圍內(nèi)略優(yōu)于tg4氬弧焊，并討論了可能的影...

采用雙面潛弧焊焊接了45mm厚的tc4鈦合金,得到了內(nèi)部無缺陷的對接接頭,采用光學顯微鏡分析了接頭的顯微組織。結(jié)果表明:焊縫為β柱狀晶,柱狀晶內(nèi)為α′馬氏體組成的網(wǎng)籃組織,先焊焊縫受后一道焊縫影響,α′馬氏體呈條狀,后焊焊縫高溫停留時間較短,冷卻后α′馬氏體為針狀;熱影響區(qū)分為部分重結(jié)晶區(qū)、過渡區(qū)、細晶區(qū)與粗晶區(qū),且皆為等軸晶,但尺寸及形態(tài)不同;部分重結(jié)晶區(qū)為等軸α、β組織;過渡區(qū)為等軸α、針狀α′馬氏體和殘留β晶粒組織;細晶區(qū)則為針狀α′馬氏體和殘留β晶粒;粗晶區(qū)組織為網(wǎng)籃狀α′馬氏體和殘留β晶粒。

利用表面改性技術(shù),研究了黑色轉(zhuǎn)化膜制備工藝。用掃描電鏡分析了膜層的形貌,用顯微硬度計、tpe鹽霧試驗箱等檢測了膜層的硬度、耐蝕性能。結(jié)果表明,獲得的黑色轉(zhuǎn)化膜的膜層是均勻、穩(wěn)定、多孔性的。與基體相比,顯微硬度和耐腐蝕性能有顯著提高,滿足了武器裝備中鈦合金附件表面改性處理的要求。

通過真空自耗熔煉制備的tc4合金鑄錠,經(jīng)開坯鍛造后,終鍛成棒坯并機加工成擠壓管材用坯料,隨后在不同工藝條件下擠壓,以獲得球形氣瓶用具有細晶組織特征的超塑性tc4合金管材。研究了工藝參數(shù)對擠壓管材的組織及力學性能的影響。結(jié)果表明:對擠壓前的坯料在1050℃進行β固溶預處理,然后在950℃對兩相區(qū)擠壓,可獲得晶粒尺寸達5～10μm的細晶組織,管材超塑性拉伸伸長率達600%～900%,有效地保證了球形氣瓶的超塑性成型。

在實際的加工生產(chǎn)中,切削力影響切削熱、切削溫度和刀具磨損等物理現(xiàn)象,但是并沒有切削力的理論公式來指導實踐,都是通過經(jīng)驗和實際測量獲得的.所以本文采用pcd刀具和硬質(zhì)合金刀具對鈦合金tc4進行車削,并采用單因素試驗法進行對比,發(fā)現(xiàn)pcd刀具在鈦合金tc4高速車削中有非常好的切削力的特性,以便對以后的加工實踐進行指導.

TC4鈦合金-304不銹鋼異種材料擴散焊研究

通過對tc4板材進行兩種t型接頭的激光焊接試驗,分析了酸洗、焊接環(huán)境及焊后修復對鈦合金激光焊接接頭質(zhì)量的影響,實驗結(jié)果表明,鈦合金激光焊具有較強的氣孔傾向,酸洗及焊后重熔并未明顯改善接頭氣孔的情況,但氣孔數(shù)量對濕度的變化較為敏感。不同焊接試驗的結(jié)果統(tǒng)計表明,雖然接頭存在大量氣孔,但只有位于上下兩側(cè)板材的貼合面處的這一小部分氣孔才會造成受力面積的減小,因此接頭整體仍具有較高的抗剪力。

進行了母材氫含量為0.008%和0.023%的tc4鈦合金氬弧焊焊接頭力學性能試驗,發(fā)現(xiàn)在變形開始階段氫引起的軟化和后期階段的硬化和脆化現(xiàn)象.室溫下,變形速度在10-2-10-3s-1范圍內(nèi)面縮很低,出現(xiàn)脆性.分析認為,軟化是由于氫減弱晶格結(jié)合強度、加快位錯運動所致,硬化和脆化則是由于氫在晶界附近富集和位錯堆積難以運動所致.為恢復因氫降低的力學性能,應進行真空去氫處理.

通過對tc4-dt鈦合金焊接接頭顯微組織的觀察和疲勞斷裂過程的原位觀測,分析了焊接接頭的顯微組織特征,研究了焊接接頭的疲勞裂紋萌生與擴展行為。結(jié)果表明:tc4-dt焊接接頭疲勞斷裂于母材區(qū),疲勞裂紋萌生于試樣的邊緣,裂紋既可以沿著初生α相擴展又能直接切過初生α相擴展,裂紋的萌生壽命占整個疲勞壽命的比例較大,裂紋的擴展壽命很短。

用裝配3點彎曲試驗裝置的掃描電鏡原位分析了ga鋼板變形情況下鍍層中裂紋的產(chǎn)生、擴展、鍍層斷裂及ga鋼板在塑性變形過程中鍍層與鋼基體界面交互作用的情況。試驗及分析結(jié)果表明:鍍層承受拉應力的一側(cè),裂紋在г/δ1相界面處產(chǎn)生,在δ1相中沿著垂直于鍍層平面的方向擴展,并沿著г相/鋼基體界面延伸,鍍層塑性變形的跡象不明顯;鍍層承受壓應力的一側(cè)表現(xiàn)出了明顯的塑性變形,存在裂紋之間的相互作用和不均勻變形情況。合金化鍍層無論承受拉應力還是壓應力,鍍層主要的破壞形式是斷裂,而與鍍層相接觸的鋼基體的主要破壞形式是局部不均勻塑性變形。

通過合理地控制孕育條件和冷卻速度，獲得了化學成分基本相同，而石墨大小、數(shù)量互異的鑄態(tài)鐵素體球鐵試樣，測定了它們的疲勞門檻值△ｋｔｈ。結(jié)合裂紋附近的金相組織分析發(fā)現(xiàn)：在球化良好的情況下，△ｋｔｈ值有隨單位面積石墨球微量ｎ的減少而增大，或隨平均石墨間距ｓ和平均石墨球徑ｄ的增加而增大的趨勢，通過簡化的力學模型對這種有悖于一航強度變化規(guī)律的反常特性進行了分析討論，并作了相應的解釋。

da/dn-dk曲線及疲勞裂紋擴展壽命——研究問題：含裂紋體的疲勞裂紋擴展規(guī)律，　　疲勞裂紋擴展壽命預測方法。　　研究思路--　　斷裂力學法-裂紋尖端的控制參量k-循環(huán)載荷作用下的裂紋擴展速率