01. 摘要
本文主要對鈦合金及其擴散焊疲勞特性研究進展進行了綜述，總結了鈦合金及其焊接后疲勞裂紋萌生和擴展的規律。概述了鈦合金的化學成分和分類，以及常用焊接方法，重點介紹擴散焊的特點和優勢。描述了循環載荷作用下滑移帶形成和位錯的運動現象，闡明疲勞裂紋萌生的機制。鈦合金微觀組織的選擇是優化力學性能的常見方法，現有研究表明，制備層合結構是降低鈦合金疲勞裂紋擴展速率的一種重要調控手段。不合適的焊接工藝參數會導致接頭缺陷的形成，后續熱處理能夠降低接頭缺陷，并提高焊接構件的疲勞壽命和疲勞強度。最后，簡述了擴散焊制備多層和異種鈦合金層合結構來實現構件高損傷容限的可行性。
02. 關鍵詞
鈦合金，擴散焊，層合結構，疲勞裂紋萌生，裂紋擴展
03. 圖片精選
擴散焊制備TC4/TA15合金異質層合結構疲勞裂紋擴展斷面特征
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. 總結與展望
本文主要綜述了鈦合金與其擴散焊疲勞裂紋的形核、擴展以及疲勞強度的特性。鈦合金的微觀組織與其合金元素密切相關，通過控制化學元素和含量，進而可調控鈦合金的微觀組織和力學性能。在循環應力或應變作用下位錯運動誘導駐留滑移帶，金屬表面形成擠入擠出滑移帶，易于導致疲勞裂紋在此萌生。擴散焊制備的鈦合金層合結構能夠有效降低疲勞裂紋在厚度方向上的擴展速率。針對鈦合金疲勞裂紋擴展速率快和損傷容限性能差的關鍵問題，提出異種鈦合金擴散焊制備層合結構來減緩疲勞裂紋擴展速率。這是因為異質焊接界面和層間不同的材料性能易于調控，且不降低準靜態拉伸性能。Ti及鈦合金的傳統真空擴散焊存在溫度高、周期長等問題，通過對Ti及鈦合金待連接的表層一定深度熱氫處理，擴散焊完成后再真空熱循環溢出剩余的H。H作為臨時合金元素不僅能促進α向β相變，改善合金的高溫塑性，大幅降低擴散焊所需的溫度，而且能夠優化組織形態，有效改善擴散焊接頭的力學性能。添加中間層輔助擴散焊同質或異質鈦合金，母材和中間層材料在接頭處充分進行原子擴散，通過調控新相和微觀結構的形成，最終降低擴散焊鈦合金的疲勞裂紋擴展速率。同樣，層合材料的脆性層材料和韌性層材料的厚度匹配，不僅影響準靜態拉伸變形的應力-應變分配，也會影響疲勞裂紋的形成位置和擴展速率。實際工程應用不能只考慮層合結構件的單一性能，需要綜合衡量力學性能，如強韌性、疲勞、沖擊和壓縮等性能，并且還要考慮層合結構的制造工藝穩定性和層間板材料的價格。因此，制造低成本和綜合力學性能優異的層合結構件還需深入研究。
