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(guān)，通過控制化學(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)變作用下位錯運動誘導(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(guān)鍵問題，提出異種鈦合金擴散焊制備層合結(jié)構(gòu)來減緩疲勞裂紋擴展速率。這是因為異質(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(huán)溢出剩余的H。H作為臨時合金元素不僅能促進(jìn)α向β相變，改善合金的高溫塑性，大幅降低擴散焊所需的溫度，而且能夠優(yōu)化組織形態(tài)，有效改善擴散焊接頭的力學(xué)性能。添加中間層輔助擴散焊同質(zhì)或異質(zhì)鈦合金，母材和中間層材料在接頭處充分進(jìn)行原子擴散，通過調(diào)控新相和微觀結(jié)構(gòu)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(zhǔn)靜態(tài)拉伸變形的應(yīng)力-應(yīng)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(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。