随着钛合金材料使用率的逐年提高，钛合金结构稳定性已成为衡量钛合金零部件先进性的主要指标之一。海洋装备中低温水流差产生的水压差等导致装备产生振动，在气流环境中的微振是一种简谐振动，长期振动在钛合金内部产生细小裂纹，影响了钛合金结构件服役安全性。因此，研究典型钛合金在低温简谐振动过程中的阻尼行为对提高海洋装备的服役性能具有重要意义。

来自长安大学陈永楠教授团队首次研究了典型钛合金低温简谐振动中的裂纹扩展规律及位错演变行为。相关论文以题为“Damping behavior of typical titanium alloys by varied frequency micro harmonic vibration at cryogenic temperatures”发表在Journal of Materials Research and Technology。

研究成果来自于长安大学轻合金表面强化研究团队，该团队长期从事铝、镁和钛合金等组织稳定性和表面处理技术研究。论文第一作者为长安大学硕士生刘威，通讯作者为长安大学陈永楠教授和赵秦阳博士及西北有色金属研究所赵永庆教授，合作者还包括西部钛业侯志敏教授级高级工程师、欧阳文博教授级高级工程师、西部材料康彦教授级高级工程师、中国石油管材研究院武刚、朱丽霞教授级高级工程师等。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.11.028

本研究将简谐振动与典型钛合金相结合，以阐明其在低温下的振动阻尼性能。详细分析了不同频率下振动模量对裂纹扩展的影响，探讨了裂纹扩展机理。研究发现，内部位错的增加改善了阻尼性能，最终导致界面开裂，且与频率呈正相关。β相位错在界面处聚集，应力集中导致界面裂纹和穿晶断裂；α相中的位错首先被激活，并向边界滑动引起开裂，导致晶间断裂。在0~-60℃、200 Hz的简谐振动中，α相裂纹扩展与β相裂纹扩展相比始终具有迟滞行为。当△K=0.137 MPa?m1/2 (-60℃，200 Hz)时，β相的第二裂纹尖端向不同方向偏转，导致简谐振动能量消耗增加。结果表明，裂纹扩展速度减缓，阻尼性能达到峰值。

Fig.1不同频率的钛合金振动能量曲线：(a1) (b1) 100 Hz；(a2) (b2) 150 Hz；(a3) (b3) 200 Hz。

Fig. 2 (α+β)-Ti低温200 Hz简谐振动传播路径：(a)双相钛合金显微组织BSE图像；(b) (α+β)-Ti 200 Hz时的裂纹扩展路径。

Fig. 3典型钛合金在200 Hz不同温度下的图像：(a1) ~ (a3) α-Ti；(b1) ~ (b3) β-Ti；(c1) ~ (c3) (α+β)-Ti。

Fig. 4 典型钛合金相的低温振动演化示意图。

本研究从一个创新性的角度讨论了典型钛合金α-Ti、β-Ti和(α+β)-Ti低温简谐振动阻尼的响应。介绍了钛合金振动过程中的能量变化和位错分布，分析了典型钛合金的裂纹扩展行为，研究结果还原了低温下不同钛合金相的振动过程，为典型钛合金低温简谐振动下的能量变化和裂纹扩展行为提供实验依据和理论研究基础。