隨著鈦合金材料使用率的逐年提高，鈦合金結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性已成為衡量鈦合金零部件先進(jìn)性的主要指標(biāo)之一。海洋裝備中低溫水流差產(chǎn)生的水壓差等導(dǎo)致裝備產(chǎn)生振動(dòng)，在氣流環(huán)境中的微振是一種簡(jiǎn)諧振動(dòng)，長(zhǎng)期振動(dòng)在鈦合金內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)小裂紋，影響了鈦合金結(jié)構(gòu)件服役安全性。因此，研究典型鈦合金在低溫簡(jiǎn)諧振動(dòng)過(guò)程中的阻尼行為對(duì)提高海洋裝備的服役性能具有重要意義。

　　來(lái)自長(zhǎng)安大學(xué)陳永楠教授團(tuán)隊(duì)首次研究了典型鈦合金低溫簡(jiǎn)諧振動(dòng)中的裂紋擴(kuò)展規(guī)律及位錯(cuò)演變行為。相關(guān)論文以題為“Damping behavior of typical titanium alloys by varied frequency micro harmonic vibration at cryogenic temperatures”發(fā)表在Journal of Materials Research and Technology。

　　研究成果來(lái)自于長(zhǎng)安大學(xué)輕合金表面強(qiáng)化研究團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事鋁、鎂和鈦合金等組織穩(wěn)定性和表面處理技術(shù)研究。論文第一作者為長(zhǎng)安大學(xué)碩士生劉威，通訊作者為長(zhǎng)安大學(xué)陳永楠教授和趙秦陽(yáng)博士及西北有色金屬研究所趙永慶教授，合作者還包括西部鈦業(yè)侯志敏教授級(jí)高級(jí)工程師、歐陽(yáng)文博教授級(jí)高級(jí)工程師、西部材料康彥教授級(jí)高級(jí)工程師、中國(guó)石油管材研究院武剛、朱麗霞教授級(jí)高級(jí)工程師等。

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.11.028

　　本研究將簡(jiǎn)諧振動(dòng)與典型鈦合金相結(jié)合，以闡明其在低溫下的振動(dòng)阻尼性能。詳細(xì)分析了不同頻率下振動(dòng)模量對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響，探討了裂紋擴(kuò)展機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部位錯(cuò)的增加改善了阻尼性能，最終導(dǎo)致界面開(kāi)裂，且與頻率呈正相關(guān)。β相位錯(cuò)在界面處聚集，應(yīng)力集中導(dǎo)致界面裂紋和穿晶斷裂；α相中的位錯(cuò)首先被激活，并向邊界滑動(dòng)引起開(kāi)裂，導(dǎo)致晶間斷裂。在0~-60℃、200 Hz的簡(jiǎn)諧振動(dòng)中，α相裂紋擴(kuò)展與β相裂紋擴(kuò)展相比始終具有遲滯行為。當(dāng)△K=0.137 MPa?m1/2 (-60℃，200 Hz)時(shí)，β相的第二裂紋尖端向不同方向偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致簡(jiǎn)諧振動(dòng)能量消耗增加。結(jié)果表明，裂紋擴(kuò)展速度減緩，阻尼性能達(dá)到峰值。

Fig.1不同頻率的鈦合金振動(dòng)能量曲線：(a1) (b1) 100 Hz；(a2) (b2) 150 Hz；(a3) (b3) 200 Hz。

Fig. 2 (α+β)-Ti低溫200 Hz簡(jiǎn)諧振動(dòng)傳播路徑：(a)雙相鈦合金顯微組織BSE圖像；(b) (α+β)-Ti 200 Hz時(shí)的裂紋擴(kuò)展路徑。

Fig. 3典型鈦合金在200 Hz不同溫度下的圖像：(a1) ~ (a3) α-Ti；(b1) ~ (b3) β-Ti；(c1) ~ (c3) (α+β)-Ti。

Fig. 4 典型鈦合金相的低溫振動(dòng)演化示意圖。

　　本研究從一個(gè)創(chuàng)新性的角度討論了典型鈦合金α-Ti、β-Ti和(α+β)-Ti低溫簡(jiǎn)諧振動(dòng)阻尼的響應(yīng)。介紹了鈦合金振動(dòng)過(guò)程中的能量變化和位錯(cuò)分布，分析了典型鈦合金的裂紋擴(kuò)展行為，研究結(jié)果還原了低溫下不同鈦合金相的振動(dòng)過(guò)程，為典型鈦合金低溫簡(jiǎn)諧振動(dòng)下的能量變化和裂紋擴(kuò)展行為提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論研究基礎(chǔ)。