两种组织钛合金薄板弯曲疲劳性能及研究.pdfVIP

化学分析计量 2011年，第20卷，增刊 两种组织钛合金薄板弯曲疲劳性能的研究 杜勤张渠信明宇 (国营第六--]k厂。北京100072) 摘要以具有(a+犀)等轴组织和o-／3粗片层组织的TCIl钛合金为研究对象，研究了’rcll合金薄板样品在恒 总应变幅控制下的弯曲疲劳性能及其损伤行为，通过对疲劳开裂路径和断裂的观察与表征，探讨了疲劳损伤与组织 结构间的关系。研究发现，恒总应变幅控制下的等轴组织TCIl钛合金薄板的弯曲疲劳性能明显高于粗片层组织合 金；等轴组织合金的疲劳裂纹沿a相中的滑移带萌生并扩展，片层组织样品疲劳裂纹沿着ot相或与片层垂直的方向 扩展。 关键词TCll钛合金弯曲疲劳性能疲劳开裂 钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等 特点而被广泛用于各个领域。随着各国军事工业的 发展，钛的应用领域正在被不断拓宽。至今，钛合金 鱼量：兰 ! !：i i：! ! 竺：! 已在航空航天、核能、舰船、兵器等诸多领域获得越 为了获得片层组织，对TCll合金进行热处理， 来越多的应用，成为重要的战略金属材料。钛合金 将合金加热到1040℃、保温30rain后随炉冷却，获 应用水平已成为衡量一个国家武器装备先进程度， 得邢片层组织。 反映一个国家的军事水平和军事实力的重要指标。 1．2实验方法 航空发动机结构设计由最初的静强度设计、安 疲劳实验采用悬臂梁弯曲疲劳加载的方式，疲 全寿命设计发展到损伤容限设计和可靠性设计，设 劳样品为悬臂梁试样。用线切割切取厚度约为0．5 计方法的发展更多地应用到了材料的断裂韧性和疲 mill厚的悬臂梁薄板样品，然后依次用400、800j 劳裂纹的扩展性能。因此深入研究 光液(高氯酸和冰乙酸)在电压为20V下电解抛 TCll(Ti缶．5A1-3．5Mo．1．5Zr-O．3Si)合金疲劳性能、 损伤行为及组织结构的影响对于合金的损伤容限设 光，随后用大量的蒸馏水冲洗，再用酒精冲洗，并用 计具有十分重要的意义。 电吹风吹干。 在过去的几十年里，人们关于钛合金的疲劳性 悬臂梁弯曲疲劳实验在自制的电磁力疲劳实验 能开展了大量的研究。对于光滑Ti合金试样在对 系统上进行，实验系统和实验原理已在文献[6]中 称循环高频应力作用下，球状组织比片状组织有更 详细描述。在疲劳实验过程中，数据采集系统实时 高的疲劳强度，同时，组织越细疲劳性能越好。在4 采集样品的电阻随疲劳时间(周次)的变化。当悬 种典型组织中，疲劳性能由好到差的顺序依次为等 臂梁样品发生断裂时，测得的悬臂梁电阻将趋近无 轴组织、混合组织、网篮组织、魏氏组织。尽管这些 穷大，由此可以确定在给定恒总应变幅作用下的 研究揭示了显微组织对钛合金疲劳性能的影响，但 TCll合金微悬臂梁样品的疲劳寿命；同时要进行 仍缺乏深入细致的研究工作。为此，笔者选取了具 TCll钛合金的室温拉伸试验，求出相应的抗拉强 l钛合金薄板作为研究对 有o-／3粗片层组织的TCl 度，屈服强度以及均匀延伸率，最后利用扫描电子显 象，对钛合金的室温弯曲疲劳性能进行了研究，探究 微镜观察以及激光共聚焦显微镜对样品观察与表 TCll钛合金组织结构对弯曲疲劳性能的影响规律，征。 迸一步澄清其疲劳损伤机理。 2结果与讨论 1实验方法 2．1 弯曲疲劳性能 1．1试验材料 图1为具有(Ot+卢)等轴组织和邮粗片层组 本实验的原始