钛合金室温与低温疲劳裂纹扩展速率试验研究
发布时间：2022-01-21 13:53
为了明确极地破冰船关键部位钛合金的疲劳裂纹扩展行为,本文以89 mm厚钛合金为试验对象,完成室温以及低温下的疲劳裂纹扩展速率试验。从钛合金的a-N曲线表明随着温度的降低,钛合金的寿命增加;对a-N曲线进行数据处理得到疲劳裂纹扩展速率的双对数曲线。结果表明:在一定应力强度因子内,随着温度的降低,疲劳裂纹扩展速率降低;在-60℃时,断裂韧性降低,在一定应力强度因子以外,裂纹扩展速率提高;在极地正常温度内,可以确定钛合金满足极地低温疲劳裂纹扩展速率要求,但是在-60℃以下的一些极端极地气温下,防止脆性破坏成为疲劳设计的重点;试验数据能为极地破冰船进一步抵抗低温疲劳和冷脆断裂设计提供参考;采用采用所提出的预报公式对钛合金疲劳裂纹扩展速率的中速率区和高速率区进行预报,预报结果显示该预报公式能较好的预报该钛合金的低温疲劳裂纹扩展速率的2个区域。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
钛合金lg(da/dN)lg(K)曲线Fig.5Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth()()
图2试验过程图Fig.2Testprocessdiagram图3CT试件断口外貌图Fig.3CTspecimenfractureappearance图4钛合金疲劳裂纹扩展aN曲线Fig.4Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth2.2低温对疲劳裂纹扩展行为的影响(da/dN)i(K)ida/dN已有的研究指出[12–16]，低合金结构钢具有疲劳脆韧转变温度，即当环境温度高于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率降低；当环境温度低于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率增加。本文试验由图4的a-N曲线，利用线切割法计算a-N曲线的斜率，得到裂纹扩展速率的值；利用式（1）计算应力强度因子范围的值，利用割线法对a-N曲线进行处理，作出钛合金疲劳裂纹扩展速率的双对数曲线如图5所示。K=f(aW)FBW0.5，(1)f(aW)=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5。(2)由图5可以看出，在应力比0.5条件下，随着温度的降低，在一定应力强度因子以内，桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率均明显降低，这意味着钛合金在低温环境下疲劳裂纹扩展的抵抗能力得到加强。在20℃~40℃时，随着温度的降低，钛合金的断裂韧性变大，裂纹扩展速率降低，但是在60℃时，断裂韧性突然降低，裂纹扩展速率在一定应力强度因子以外较室温20℃增加，证明钛合金在60℃时会脆断，但是整体寿命较室温20℃有所增长，主要是因为在低应力强度因子范围内钛合金在低温条件下扩展缓慢。北极温带在20℃~60℃之间[17]。因此，本试验
图2试验过程图Fig.2Testprocessdiagram图3CT试件断口外貌图Fig.3CTspecimenfractureappearance图4钛合金疲劳裂纹扩展aN曲线Fig.4Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth2.2低温对疲劳裂纹扩展行为的影响(da/dN)i(K)ida/dN已有的研究指出[12–16]，低合金结构钢具有疲劳脆韧转变温度，即当环境温度高于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率降低；当环境温度低于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率增加。本文试验由图4的a-N曲线，利用线切割法计算a-N曲线的斜率，得到裂纹扩展速率的值；利用式（1）计算应力强度因子范围的值，利用割线法对a-N曲线进行处理，作出钛合金疲劳裂纹扩展速率的双对数曲线如图5所示。K=f(aW)FBW0.5，(1)f(aW)=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5。(2)由图5可以看出，在应力比0.5条件下，随着温度的降低，在一定应力强度因子以内，桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率均明显降低，这意味着钛合金在低温环境下疲劳裂纹扩展的抵抗能力得到加强。在20℃~40℃时，随着温度的降低，钛合金的断裂韧性变大，裂纹扩展速率降低，但是在60℃时，断裂韧性突然降低，裂纹扩展速率在一定应力强度因子以外较室温20℃增加，证明钛合金在60℃时会脆断，但是整体寿命较室温20℃有所增长，主要是因为在低应力强度因子范围内钛合金在低温条件下扩展缓慢。北极温带在20℃~60℃之间[17]。因此，本试验
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 廖小伟,王元清,石永久,陈宏. 工程力学. 2018(10)
[2]海洋结构物用钛合金Ti-6AL-4V保载——疲劳试验研究（英文）[J]. 李永正,卞超,王珂,孙晓鹏,秦闯. 船舶力学. 2018(09)
[3]钛合金Ti-6Al-4V室温保载-疲劳寿命预报方法研究[J]. 王珂,谢晓波,李永正,韦朋余,王哲,王芳,崔维成. 中国造船. 2018(02)
[4]基于Zencrack的钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报[J]. 王哲,岳亚霖,李永正. 中国海洋平台. 2018(01)
[5]钢结构的低温疲劳性能研究进展综述[J]. 王元清,廖小伟,贾单锋,石永久. 建筑钢结构进展. 2018(01)
[6]钛合金疲劳小裂纹扩展行为预报方法研究[J]. 顾浩洋,王珂,尹群. 舰船科学技术. 2017(07)
[7]基于疲劳寿命预报统一方法小裂纹扩展寿命研究(英文)[J]. 王珂,王芳,崔维成,李冬琴. 船舶力学. 2014(06)
[8]低温环境下铁路钢桥疲劳断裂性能研究[J]. 张玉玲. 中国铁道科学. 2008(01)
本文编号：3600385
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(11)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
钛合金lg(da/dN)lg(K)曲线Fig.5Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth()()
图2试验过程图Fig.2Testprocessdiagram图3CT试件断口外貌图Fig.3CTspecimenfractureappearance图4钛合金疲劳裂纹扩展aN曲线Fig.4Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth2.2低温对疲劳裂纹扩展行为的影响(da/dN)i(K)ida/dN已有的研究指出[12–16]，低合金结构钢具有疲劳脆韧转变温度，即当环境温度高于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率降低；当环境温度低于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率增加。本文试验由图4的a-N曲线，利用线切割法计算a-N曲线的斜率，得到裂纹扩展速率的值；利用式（1）计算应力强度因子范围的值，利用割线法对a-N曲线进行处理，作出钛合金疲劳裂纹扩展速率的双对数曲线如图5所示。K=f(aW)FBW0.5，(1)f(aW)=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5。(2)由图5可以看出，在应力比0.5条件下，随着温度的降低，在一定应力强度因子以内，桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率均明显降低，这意味着钛合金在低温环境下疲劳裂纹扩展的抵抗能力得到加强。在20℃~40℃时，随着温度的降低，钛合金的断裂韧性变大，裂纹扩展速率降低，但是在60℃时，断裂韧性突然降低，裂纹扩展速率在一定应力强度因子以外较室温20℃增加，证明钛合金在60℃时会脆断，但是整体寿命较室温20℃有所增长，主要是因为在低应力强度因子范围内钛合金在低温条件下扩展缓慢。北极温带在20℃~60℃之间[17]。因此，本试验
图2试验过程图Fig.2Testprocessdiagram图3CT试件断口外貌图Fig.3CTspecimenfractureappearance图4钛合金疲劳裂纹扩展aN曲线Fig.4Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth2.2低温对疲劳裂纹扩展行为的影响(da/dN)i(K)ida/dN已有的研究指出[12–16]，低合金结构钢具有疲劳脆韧转变温度，即当环境温度高于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率降低；当环境温度低于脆韧转变温度时，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率增加。本文试验由图4的a-N曲线，利用线切割法计算a-N曲线的斜率，得到裂纹扩展速率的值；利用式（1）计算应力强度因子范围的值，利用割线法对a-N曲线进行处理，作出钛合金疲劳裂纹扩展速率的双对数曲线如图5所示。K=f(aW)FBW0.5，(1)f(aW)=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5。(2)由图5可以看出，在应力比0.5条件下，随着温度的降低，在一定应力强度因子以内，桥梁钢的疲劳裂纹扩展速率均明显降低，这意味着钛合金在低温环境下疲劳裂纹扩展的抵抗能力得到加强。在20℃~40℃时，随着温度的降低，钛合金的断裂韧性变大，裂纹扩展速率降低，但是在60℃时，断裂韧性突然降低，裂纹扩展速率在一定应力强度因子以外较室温20℃增加，证明钛合金在60℃时会脆断，但是整体寿命较室温20℃有所增长，主要是因为在低应力强度因子范围内钛合金在低温条件下扩展缓慢。北极温带在20℃~60℃之间[17]。因此，本试验
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究[J]. 廖小伟,王元清,石永久,陈宏. 工程力学. 2018(10)
[2]海洋结构物用钛合金Ti-6AL-4V保载——疲劳试验研究（英文）[J]. 李永正,卞超,王珂,孙晓鹏,秦闯. 船舶力学. 2018(09)
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[4]基于Zencrack的钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报[J]. 王哲,岳亚霖,李永正. 中国海洋平台. 2018(01)
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[6]钛合金疲劳小裂纹扩展行为预报方法研究[J]. 顾浩洋,王珂,尹群. 舰船科学技术. 2017(07)
[7]基于疲劳寿命预报统一方法小裂纹扩展寿命研究(英文)[J]. 王珂,王芳,崔维成,李冬琴. 船舶力学. 2014(06)
[8]低温环境下铁路钢桥疲劳断裂性能研究[J]. 张玉玲. 中国铁道科学. 2008(01)
本文编号：3600385
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