微观结构片层微观结构粗糙度分析图像显微镜
钛合金比较特殊的是，在强度相近的情况下，有最高拉伸韧性的微观
结构却并没有最高的断裂韧性。实际上在强度保持不变的情况下，柔度和
韧性之间的关系通常是相反的。其原因是复杂的，一个因素是钛合金类似
高强度钢或高强度铝合金中的构成相，其中通常不包含诸如硫化物、碳化
物和碳氧化物等第二杂质相。这些颗粒通常会促进裂纹的扩展，尤其是在
高强度的情况下。另一个因素是在维持韧性断裂模式下控制钛合金中断裂
路径的能力。在裂纹扩展需要的固有能量不变的情况下．裂纹路径曲折度
的增加会增加其韧性。
钛合金圆钢的疲劳强度通常和屈服强度在一个量级上，而含缺口试棒的
强度和拉伸韧性的量级符合得很好。正如前面所讨论的，微观结构对于屈
服强度有较大的影响，所以它也对圆钢的疲劳强度有相似的影响。微观结
构同样影响拉伸韧性，相同强度的层状结构韧性总比等轴结构的低。韧性
与缺口疲劳强度间的关系因为屈服强度的同时变化而变得更加复杂，因而
其趋势不如屈服强度和圆钢之间的关系明显。
疲劳裂纹扩展速率同样取决于微观结构，因为它对裂纹穿过材料时的
路径有很大的影响。在全片层微观结构中，裂纹路径更为曲折。因此在裂
纹生长过程中，其方向不断发生变化，减缓了其增长速率。曲折的裂纹路
径导致断裂面非常粗糙。这种粗糙性造成了卸载过程中相对断裂面之间的
相互干涉。因此需要一些外部加载将相对断裂面重新分离，使得“驱使”
裂纹扩展的力小于全部的加载。该影响通常称为粗糙诱导闭合，其最终影
响为给定外部循环加载和裂纹长度
理解微观结构对钛合金疲劳特性的巨大影响是非常重要的。通过选择
恰当的加工方法，即能获得疲劳极限应用中的理想微观结构。显然，确定
特定组分是受总体循环寿命还是裂纹增长速率的限制是非常重要的，通常
这由相关的设计原理来确定。
