航空用鈦合金的失效及其預防

《航空用鈦合金的失效及其預防》是2013年出版的圖書，作者是陶春虎等。

基本介紹

• 書名：航空用鈦合金的失效及其預防
• 作者：陶春虎等編著
• ISBN：978-7-118-08965-3
• 頁數：252
• 定價：68.00
• 出版時間：2013年10月
• 裝幀：精裝
• 開本：16

內容簡介

20世紀90年代中期，相繼發生了幾起鈦合金零部件在服役條件和試車過程中的失效，且暴露出一系列共性的問題。這些現象引起了人們的高度重視，認識到必須儘快就鈦合金失效特徵及模式，尤其是試車和使用過程中出現的失效，包括在製造過程中常見的缺陷及其預防措施進行收集、歸納、總結，填補目前在該領域的空白，以免在今後鈦合金使用過程中出現失效時束手無策。基於此，本書第1版於2002年9月出版，填補了國內沒有關於鈦合金失效分析及其預防方面專著的空白。第1版在簡要介紹鈦及其合金金屬學基礎以及組織性能關係的基礎上，著重介紹了鈦合金及其零部件的失效特徵、模式、機理及其預防；介紹了鈦合金零部件在製造過程中的常見缺陷及其形成機理、檢測及其預防技術；同時介紹了鈦合金的缺陷敏感性及其損傷容限，也突出了提高鈦合金加工質量和表面完整性的新穎的強化技術與方法。

經過近10年的發展，鈦合金在我國發展十分迅速，包括TA15、TA16、TB3、TB6、TC18、TC21、Ti60等各類鈦合金材料新牌號得到大力的研製，並且在各行業的套用範圍也大大增加，特別是在航空領域，不僅發動機壓氣機葉片、盤和風扇葉片以及機匣等廣泛採用了鈦合金材料，而且飛機結構中採用鈦合金結構件，包括鈦合金焊接結構件也越來越廣泛，如作為飛機加強框和尾梁等。目前廣泛套用的還有鈦合金緊固件、鈦合金管材等。第1版中，較多的內容是針對發動機用鈦合金材料與構件，特別是在失效現象和模式等方面。隨著科學技術不斷發展，新的鈦合金材料和結構在工程上得以不斷套用，其失效特徵以及在新的使用環境下的失效行為有了一些新的現象和模式。增加了鈦合金的一些新的失效現象和模式，特別是結構用鈦合金材料與構件的失效，以及與鈦合金材料損傷相關的一些新的研究成果。增加的內容主要包括：鈦合金焊接接頭的疲勞斷裂行為及其基本特徵，以及原始疲勞質量的計算模型、影響因素；鈦合金溫色對比的基本理論，以及相關的研究成果，並給出了TC4鈦合金溫色變化規律與特徵；鈦合金超高周疲勞行為；鈦合金高周疲勞斷裂新現象；鈦合金氣蝕損傷、失效特徵與判據；鈦合金的銅脆和銀脆、鈦合金應力腐蝕失效新現象；表面強化對鈦合金疲勞性能的影響規律、殘餘應力變化及其對疲勞性能的影響規律，表面強化後疲勞斷裂特徵；增加了新發現的金屬和非金屬夾雜缺陷分析及圖片；鈦合金鍛造摺疊缺陷失效判據，特別是鈦合金緊固件鍛造摺疊和脆性斷裂；鈦合金超溫對性能影響；鈦合金的氮污染；鈦合金鈦火失效；鈦合金富氧層疲勞開裂現象和斷裂特徵等。

編輯推薦

本書修訂部分主要由陶春虎、劉昌奎、繆宏博、劉新靈、李瑩撰稿，北京航空材料研究院的何玉懷、劉德林、陳星、劉高揚、張兵等提供了大量的資料和圖片。中國工程院徐濱士院士和鐘群鵬院士對本書給了很高的評價。作者向為本書修訂出版作出貢獻的所有老前輩和科技工作者致以衷心的感謝。作者也衷心感謝範金娟、姜濤、劉麗玉、趙文俠、鄭真、孔煥平等中國航空工業集團公司失效分析中心的一批年輕技術骨幹為本書修訂出版付出的辛勤勞動。 本書共分為六章，全書由陶春虎研究員負責統稿，曹春曉院士負責全書的內容審定。由於作者水平的限制，本書的不足在所難免，懇請讀者提出批評指正。願本書的出版能為我國鈦合金更廣泛地安全套用提供一點幫助。

目錄

第1章概論1
11鈦合金在航空上的套用1
12鈦及其合金的金屬學基礎3
121雜質的影響3
122合金元素的影響6
13鈦合金的組織與力學性能7
131鈦合金的分類7
132顯微組織7
133拉伸性能8
134斷裂韌度及裂紋擴展速率9
135疲勞性能15
136熱穩定性及抗蠕變性能17
14航空鈦合金零件常見的失效模式18
15鈦合金套用前景及發展方向19
參考文獻21
第2章鈦合金及其零部件的疲勞斷裂失效23
21低周疲勞斷裂及其基本特徵23
211鈦合金低周疲勞現象及其特點23
212鈦合金低周疲勞損傷表面形貌與裂紋擴展特徵26
213鈦合金疲勞斷口的宏、微觀特徵32
22高周疲勞斷裂及其基本特徵37
221鈦合金高周疲勞現象及其特點37
222鈦合金高周疲勞損傷表面形貌40

223鈦合金高周疲勞斷口的宏、微觀分析41
23鈦合金的微動疲勞及其基本特徵46
24鈦合金焊接接頭的疲勞斷裂及其基本特徵51
241焊接接頭疲勞裂紋擴展行為51
242焊接缺陷對疲勞行為的影響59
243焊接接頭疲勞斷口的宏、微觀特徵62
25腐蝕疲勞及其環境對疲勞損傷的影響65
251環境對鈦合金疲勞損傷的影響65
252腐蝕疲勞67
26鈦合金疲勞斷裂失效的預防69
261設計69
262材料與構件的抗力69
263製造過程70
參考文獻73
第3章鈦合金的腐蝕與磨損失效75
31鈦合金的腐蝕損傷75
311鈦及其合金的化學腐蝕抗力75
312鈦及其合金的電化學腐蝕抗力77
32鈦合金的應力腐蝕開裂78
321鈦合金應力腐蝕損傷的條件和特點78

322應力腐蝕斷口特徵80
323鈦合金應力腐蝕開裂的判斷81
33鈦合金的氫脆斷裂83
331鈦合金中氫的來源與存在形式83
332鈦合金氫脆的類型85
333鈦合金氫脆的斷口特徵86
334鈦合金氫脆斷裂失效的判別90
34鈦合金的液態金屬致脆90
341鈦合金的鎘脆91
342鈦合金的銅脆91
343鈦合金的銀脆92
35鈦合金的氣蝕93
36提高鈦合金環境抗力和預防環境失效的技術措施94
37鈦合金的磨損失效及其預防96
371沖刷磨損97
372提高鈦合金零部件磨損失效及微動損傷抗力
的技術措施99
參考文獻101
第4章鈦合金零部件製造過程中的常見缺陷與預防102
41與熔煉工藝相關的缺陷102

411金屬夾雜102
412非金屬夾雜106
413化學成分偏析112
42與其他工藝相關的缺陷121
421破壞金屬連續性的缺陷121
422熱變形或熱處理工藝控制不當造成的不合格金相組織130
423冷加工工藝缺陷141
424焊接缺陷151
425鑄造缺陷154
43鈦合金零部件的表面完整性158
431表面完整性定義及其重要性158
432表面強化對鈦合金零部件疲勞抗力的影響159
433裝配不當對鈦合金零部件疲勞抗力的影響162
434冶金缺陷對鈦合金零部件疲勞抗力的影響163
435機械加工工藝因素及圓角R尺寸對鈦合金零部件
疲勞抗力的影響165
44冷床熔煉技術——消除熔煉相關缺陷的有效途徑168
45鈦合金零部件的材質檢驗170
451原材料復驗170
452半成品檢驗170
453成品檢驗171

454我國鈦合金材質檢驗與西方國家的差異172
參考文獻173
第5章鈦合金的其他失效形式及其預防174
51鈦合金的失穩174
511構件失穩失效的基本概念174
512失穩失效的基本特徵和基本判據175
52鈦合金的超溫176
521鈦合金超溫的特點176
522鈦合金的溫色變化及其超溫判別177
53鈦合金的蠕變及其變形失效178
531金屬蠕變的基本過程178
532鈦合金蠕變的基本特點179
533鈦合金蠕變斷口的基本特徵及其判斷180
534變形伸長失效182
54鈦合金的表面污染182
541氧污染的危害及其影響因素182
542氧化污染層檢查方法190
543氫污染192
544氮污染194
55鈦火195
551鈦火產生原因195

552預防鈦火的措施196
參考文獻196
第6章鈦合金的缺陷敏感性與損傷容限197
61鈦合金缺陷敏感性197
62鈦合金零部件的損傷容限設計199
63鈦合金零部件原始疲勞質量200
631原始疲勞質量的評估對象和思路200
632原始疲勞質量的評估模型與算法201
633鈦合金焊接接頭原始疲勞質量評估及其影響因素212
64鈦合金零部件裂紋“擴展壽命”的估算215
641裂紋擴展壽命估算的理論基礎及基本步驟215
642斷口反推疲勞裂紋擴展壽命的基本方法217
643鈦合金零部件裂紋擴展壽命估算誤差及其工程套用220
65鈦合金零部件缺陷“擴展應力”的斷口反推222
651斷口反推疲勞應力大小的基本方法223
652利用疲勞條帶間距進行斷口反推疲勞應力
的基本原理223
653斷口疲勞條帶反推應力的實驗室研究224
654鈦合金葉片振動應力反推實例227
655斷口反推疲勞應力存在的問題234
參考文獻234

Contents

Chapter 1Introduction1
11Application of titanium alloys in aviation1
12Metallurgy of titanium and its alloys3
121Influence of impurity3
122Influence of alloying elements6
13Microstructure and properties of titanium alloys7
131Classification of titanium alloys7
132Microstructure7
133Tensile properties8