温度对TC4_DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响_图

1、研发与应用，温度对损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响于兰兰，毛小南，李（西北有色金属研究院，陕西西安辉）摘要：对损伤容限型钛合金在，下的疲劳裂纹扩展速率进行了测试，给出了扩展速率和应力强度因子幅值之间的关系曲线。用对种温度下断口形貌进行了观测，实验结果表明，的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率，的疲劳裂纹扩展速率试样具有较低的门槛值；稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存，的试样中的疲劳辉间距比试样细；快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载断裂特征，的试样中的韧窝比试样深。关键词：；钛合金；疲劳裂纹扩展速率中图法分类号：文献标识码：文章编号：（）前言已有文献报道了不同应力比条件下片状组

2、织与双态组织的疲劳裂纹扩展特性，片层组织具有更好的阻碍裂纹扩展的能力，应力比的升高有利于疲劳裂纹的扩展。本实验仅就温度对疲劳裂纹扩展行为的影响进行初步探讨，以期为该合金在飞机上的广泛应用提供参考依据。是在基础上开发的低间隙钛合金，其成分特征为，合金元素允许波动（），杂质允许含量较低（范围较窄，），从而带来较小的冶金缺陷、较高的塑性和韧性、较好的焊接性能及较长的使用寿命，现已应用在先进的战斗机和新一代民机上。在美国第代战机实验实验材料实验材料采用西北有色金属研究院自主研发的、等，钛合金的应用已经进入采用更大型整体模锻件的成熟阶段。合金，经锻造和轧制制成厚板材，其化学成分列于表，其固溶时效热处理态

3、不同温度下的拉伸性能如表。表战斗机钛合金零件占飞机总质量的，又占其中的。后机身整体式隔框（重、长、宽、投影面积）是目前世界上最大的钛合金闭式模锻件合金的化学成分。我国也研制了具有自主知识产权的低间成分含量，基隙损伤容限钛合金。并就该合金的组织、频率对疲劳裂纹扩展速率的影响进行了系统研究，收稿日期：基金项目：国家资助项目（）作者简介：于兰兰，女，年生，硕士，工程师，西北有色金属研究院钛合金研究所，陕西西安，电话：年卷第期表稀有金属快报合金不同温度下的力学性能移成正比例变化，温度升高，降低了材料的弹性模量和屈服点，导致裂纹尖端张开位移增加，从而使疲劳裂纹扩展速率随温度的增加而增加，。与此相反，对于

4、合金温度升高疲劳裂纹扩展速率降低，的试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率，这是由于在此区域疲劳裂纹扩展速率的影响因素较多。文献在普通钛合金中也观温度实验方法试样按金属疲劳裂纹扩展察到此现象，并且认为该现象与二次裂纹的分支扩展作用相关，本实验在断口中观察到的试样中存在较多的二次裂纹。在左面的区，裂纹是以非连续的机制扩展的，的试样显示出比试样更低的门槛值，这与金属材料的疲劳门槛值一般随屈服强度上升而下降相对应。在其右面区内，裂纹是以部分静断机制扩展的，速率试验方法制成紧凑拉伸试样，如图所示。测试在疲劳试验机上完成，频率为，应力比为。采用扫描电镜对试样断裂特征进行观测与分析。条件下具有低的疲劳裂纹扩展速率

5、。图测试用的紧凑拉伸试样图图 曲线不同温度下的结果与讨论裂纹扩展速率与温度的关系图为不同温度下合金曲 断口观察图为下合金断口的宏观照片，线，呈形，可以分为个区，即低速扩展区、中速扩展区及高速扩展区。公式提供了疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值之间简明的关系式，适用于中间的区，在此中间区域，约为的数量级，裂纹是以连续的机制扩展的，在断口形貌上表现为辉纹。一般来说，根据疲劳裂纹扩展滑移分离模型，疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端的张开位图中，标示的个区域分别与图曲线个裂纹扩展区相对应。图是相应于图中个裂纹扩展区断口的照片。试样切口前沿狭小的区域是裂纹扩展的第阶段，即预裂区。其断口（图）特征为解理断裂，微观

6、断口由许多解理小平面组成，解理小平面的尺寸与形状各异，这与组织结构的复杂性有关。在解理表面上可以看到与主裂纹面垂直的二次裂纹，说明裂纹尖端的研发与应用，条件下具有更好的疲劳裂纹扩展速率相对应。图，图为快速扩展区的断口形貌，图是图方框区域的局部放大，呈现韧窝型静载断裂特征。应力集中过大，使主裂纹向较脆弱的界面处产生了分支，以缓解裂纹尖端的应力集中。图，为稳态扩展区的断口形貌。解理断裂和条带循环机制共存，小平面上为疲劳条带，疲劳条纹通（图）试样中的疲过解理台阶扩展。劳辉纹间距比（图，）试样细，这与（图）试样中的韧窝比（图）试样深，这是由于材料在条件下表现出良好的塑性。图合金下断口的宏观组织照片：（

7、），（），（） 图裂纹扩展速率试样断口照片：（），（，）（，）（），（，）（）（）结（）论在中速及高速扩展区，对合金来区试样显示出比试样具有更低的门槛值。（）稳态扩展区解理断裂和条带循环机制共存，试样中的疲劳辉纹间距比试样细；快速扩展区的断口形貌呈韧窝型静载说，温度升高疲劳裂纹扩展速率降低，的试样具有较低的疲劳裂纹扩展速率。在低速扩展年卷第期断裂特征试样中的韧窝比试样深。稀有金属快报（周伟）热处理对合金组织与性能的影响（热加工工艺），（）：参考文献，：，：，：，（）：，（王金友）（航空用钛合金）：，：（曹春晓）选材判据的变化与高损伤容限钛合金的发展（金属学报），（）：（李成功）（航空材料），（）：，（王中光译），（材料的疲劳）：，：（张晓峰）钛合金的设计方法及其研究进展（材料导报），（）：（李辉）损伤容限型合金疲劳裂纹扩展，：（吕宝桐）