01. 摘要

　　本文主要对钛合金及其扩散焊疲劳特性研究进展进行了综述，总结了钛合金及其焊接后疲劳裂纹萌生和扩展的规律。概述了钛合金的化学成分和分类，以及常用焊接方法，重点介绍扩散焊的特点和优势。描述了循环载荷作用下滑移带形成和位错的运动现象，阐明疲劳裂纹萌生的机制。钛合金微观组织的选择是优化力学性能的常见方法，现有研究表明，制备层合结构是降低钛合金疲劳裂纹扩展速率的一种重要调控手段。不合适的焊接工艺参数会导致接头缺陷的形成，后续热处理能够降低接头缺陷，并提高焊接构件的疲劳寿命和疲劳强度。最后，简述了扩散焊制备多层和异种钛合金层合结构来实现构件高损伤容限的可行性。

　　02. 关键词

　　钛合金，扩散焊，层合结构，疲劳裂纹萌生，裂纹扩展

　　03. 图片精选

　　扩散焊制备TC4/TA15合金异质层合结构疲劳裂纹扩展断面特征

　　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. 总结与展望

　　本文主要综述了钛合金与其扩散焊疲劳裂纹的形核、扩展以及疲劳强度的特性。钛合金的微观组织与其合金元素密切相关，通过控制化学元素和含量，进而可调控钛合金的微观组织和力学性能。在循环应力或应变作用下位错运动诱导驻留滑移带，金属表面形成挤入挤出滑移带，易于导致疲劳裂纹在此萌生。扩散焊制备的钛合金层合结构能够有效降低疲劳裂纹在厚度方向上的扩展速率。针对钛合金疲劳裂纹扩展速率快和损伤容限性能差的关键问题，提出异种钛合金扩散焊制备层合结构来减缓疲劳裂纹扩展速率。这是因为异质焊接界面和层间不同的材料性能易于调控，且不降低准静态拉伸性能。Ti及钛合金的传统真空扩散焊存在温度高、周期长等问题，通过对Ti及钛合金待连接的表层一定深度热氢处理，扩散焊完成后再真空热循环溢出剩余的H。H作为临时合金元素不仅能促进α向β相变，改善合金的高温塑性，大幅降低扩散焊所需的温度，而且能够优化组织形态，有效改善扩散焊接头的力学性能。添加中间层辅助扩散焊同质或异质钛合金，母材和中间层材料在接头处充分进行原子扩散，通过调控新相和微观结构的形成，最终降低扩散焊钛合金的疲劳裂纹扩展速率。同样，层合材料的脆性层材料和韧性层材料的厚度匹配，不仅影响准静态拉伸变形的应力-应变分配，也会影响疲劳裂纹的形成位置和扩展速率。实际工程应用不能只考虑层合结构件的单一性能，需要综合衡量力学性能，如强韧性、疲劳、冲击和压缩等性能，并且还要考虑层合结构的制造工艺稳定性和层间板材料的价格。因此，制造低成本和综合力学性能优异的层合结构件还需深入研究。