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        交通大學(xué)李細(xì)鋒研究員:鈦合金及其擴(kuò)散焊疲勞特性研究進(jìn)展

        01. 摘要

          本文主要對(duì)鈦合金及其擴(kuò)散焊疲勞特性研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,總結(jié)了鈦合金及其焊接后疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的規(guī)律。概述了鈦合金的化學(xué)成分和分類,以及常用焊接方法,重點(diǎn)介紹擴(kuò)散焊的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。描述了循環(huán)載荷作用下滑移帶形成和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,闡明疲勞裂紋萌生的機(jī)制。鈦合金微觀組織的選擇是優(yōu)化力學(xué)性能的常見(jiàn)方法,現(xiàn)有研究表明,制備層合結(jié)構(gòu)是降低鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的一種重要調(diào)控手段。不合適的焊接工藝參數(shù)會(huì)導(dǎo)致接頭缺陷的形成,后續(xù)熱處理能夠降低接頭缺陷,并提高焊接構(gòu)件的疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度。最后,簡(jiǎn)述了擴(kuò)散焊制備多層和異種鈦合金層合結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件高損傷容限的可行性。

          02. 關(guān)鍵詞

          鈦合金,擴(kuò)散焊,層合結(jié)構(gòu),疲勞裂紋萌生,裂紋擴(kuò)展

          03. 圖片精選

        擴(kuò)散焊制備TC4/TA15合金異質(zhì)層合結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展斷面特征

          Fracture characteristics of dissimilar laminate of TC4/TA15 alloys by diffusion bonding (FCG—fatigue crack growth; red and green arrows present the distance between fatigue crack and central defect in the TC4 and TA15 layers, respectively; schematic illustration of fatigue crack in the white dotted square)

          04. 總結(jié)與展望

          本文主要綜述了鈦合金與其擴(kuò)散焊疲勞裂紋的形核、擴(kuò)展以及疲勞強(qiáng)度的特性。鈦合金的微觀組織與其合金元素密切相關(guān),通過(guò)控制化學(xué)元素和含量,進(jìn)而可調(diào)控鈦合金的微觀組織和力學(xué)性能。在循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)駐留滑移帶,金屬表面形成擠入擠出滑移帶,易于導(dǎo)致疲勞裂紋在此萌生。擴(kuò)散焊制備的鈦合金層合結(jié)構(gòu)能夠有效降低疲勞裂紋在厚度方向上的擴(kuò)展速率。針對(duì)鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率快和損傷容限性能差的關(guān)鍵問(wèn)題,提出異種鈦合金擴(kuò)散焊制備層合結(jié)構(gòu)來(lái)減緩疲勞裂紋擴(kuò)展速率。這是因?yàn)楫愘|(zhì)焊接界面和層間不同的材料性能易于調(diào)控,且不降低準(zhǔn)靜態(tài)拉伸性能。Ti及鈦合金的傳統(tǒng)真空擴(kuò)散焊存在溫度高、周期長(zhǎng)等問(wèn)題,通過(guò)對(duì)Ti及鈦合金待連接的表層一定深度熱氫處理,擴(kuò)散焊完成后再真空熱循環(huán)溢出剩余的H。H作為臨時(shí)合金元素不僅能促進(jìn)α向β相變,改善合金的高溫塑性,大幅降低擴(kuò)散焊所需的溫度,而且能夠優(yōu)化組織形態(tài),有效改善擴(kuò)散焊接頭的力學(xué)性能。添加中間層輔助擴(kuò)散焊同質(zhì)或異質(zhì)鈦合金,母材和中間層材料在接頭處充分進(jìn)行原子擴(kuò)散,通過(guò)調(diào)控新相和微觀結(jié)構(gòu)的形成,最終降低擴(kuò)散焊鈦合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。同樣,層合材料的脆性層材料和韌性層材料的厚度匹配,不僅影響準(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形的應(yīng)力-應(yīng)變分配,也會(huì)影響疲勞裂紋的形成位置和擴(kuò)展速率。實(shí)際工程應(yīng)用不能只考慮層合結(jié)構(gòu)件的單一性能,需要綜合衡量力學(xué)性能,如強(qiáng)韌性、疲勞、沖擊和壓縮等性能,并且還要考慮層合結(jié)構(gòu)的制造工藝穩(wěn)定性和層間板材料的價(jià)格。因此,制造低成本和綜合力學(xué)性能優(yōu)異的層合結(jié)構(gòu)件還需深入研究。



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