高温对钛合金材料低循环行为的影响的研究.pdfVIP

垒謦差主鱼垫垂壹鲎圭金丛煎叁墨 高温对钛合金材料低循环行为的影响研究 蔡力勋孙亚芳罗海峰 (西南交通^学．成都．61003” 摘要针对国产新材料T42NG和T225NG钛台金钢，本文开展了室温与350qc高温下的系列单调拉伸 和低Ji5j疲劳性能试验研究，获得了四个单调R一0本构模型和四个M弋寿命估算模型．基于这些模 型，系统地研究了材料的循环强化与软化规律，研究了温度系数k、^打和九。，对材料静强度、循 环强度和低周疲劳规律的影响效应；根据温度对寿命的影响系数k与应变幅舡／2呈线性规律的 重要发现，提出了考虑温度效应的，用于高温低周疲劳寿命估算的x一一c模型．进而总结出一种 较现行方法更为简便的高温疲劳试验方法。 关键词低周疲劳，疲劳特性，寿命估算方沾．钛合金，高温 1引言 工程金属构件大多在循环载荷作用下工作，疲劳是构件失效的主要形式。疲劳研究领 域包括高周疲劳和低周疲劳。一般认为，高周疲劳研究涉及在循环载荷作用下变形与应力 为比例关系的疲劳破坏问题，低周疲劳领域则关心变形与应力之间不成比例关系的疲劳破 坏问题，即在循环载荷作用下，材料危险点的循环应力一应变关系因塑性应变较大而产生 明显的迟滞回环，在这种情况下应变幅值作为控制参数将按一定规律制约疲劳损伤的进 程。疲劳破坏的过程事实上是材料组织结构损伤劣化的累积过程．温度是加速材料疲劳劣 化的重要影响因素。在定常温度下，金属材料的单轴应变幅与疲劳寿命关系存在形式统一、 常数因材料而异的非线性№nson—coffin模型…．但是该模型还难以反映导致材料损伤裂 化的温度影响规律。本文基于室温与3500c高温下国产新材料T42NG和T225NG钛合金钢的 单调拉伸与低周疲劳系列试验成果，一方面研究了材料的疲劳特性，一方面系统地研究了 温度因素对材料静强度和低周疲劳规律的影响效应，提出了考虑温度效应的低周疲劳统一 模型，即九一M—c模型。根据这一模型，可以大大缩短高温疲劳试验时间和减少试样数量。 2材料与试验程序 本研究所用材料为国产钛合金钢T42NGT225M； 拉伸和疲劳试样采用等直型结构，中部等直段真行．^J8mm．K度却28mm：过度段半行 为32m：两端螺纹夹持段长为40mm，螺纹尺寸为M16×z试样加j l艺为：先乍制，再 用外缘半径符台试件过渡半径的砂轮进行精细磨制，最后用金相砂纸对试件表面作抛光处 理。 试验设备为MTS809材料试验机。常温疲劳与常温拉伸试验采_Efj常温轴向引伸计 MTs632．1l 08F(标距：25mm)，高温试验采用熟发生器盯s Lepel以及温控器sHI姒DENsR53。高温引 伸计和载荷传感器精度为5‰。试验控制方式为应变幅值控制，应变幅值控制的绝对误差 小于O．03‰m／m。Lepel温度控制精度为±l℃，试样标距范围内的温度梯度低于±5℃。 采用二个热电偶测温。热电偶通过MTs点焊机焊在试样标距段的上中F三点，中点热电偶 用作温度控制。其余两个热电偶用于监铡温度梯度。 拉伸与疲劳应变控制波形为三角波，控制拉伸轴向变形的应变速率为0．05％／s。低周 疲劳应变加载速率为0．4％／s(轴向应变／s)。采用载荷下降15％作为试样的失效判据。试验 温度分别为室温和350℃。高温试验时，试样加载前温度升至规定温度后保温10分钟．然 后将戍变引伸计信号进行初始化调零以在测量应变中消去温度应变。 3试验结果与分析 3．1研究方法 3．1．1R—O单调拉伸本构模型 的单调拉伸应力应变关系： ， 、” 三：旦+一旦I (1) ‰ cr0 L吼／ 在较小的应变范围内，工程应力应变可近似取作为真应力应变，故式中￡、o分别取为工程 麻变和J：程应力，流动应力口。取为(气+‰：)／2。这里，a。为抗拉强度(试样的最大抗力／ 试样原始截面积)，00。为工程屈服应力：流动应变B。．=o／E，E为弹性模量；n和a分别为 强化指数和强化系数。 3．1．2 M—c疲劳寿命估算模型 轴向循环应变幅△￡／2可取为弹性部分△￡。／