激光沉积修复TA15钛合金疲劳性能
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图片说明： ·1944·稀有金属材料与工程第46卷图1激光沉积槽修复试样加工示意图Fig.1Schematicofgroovesamplepreparation204mm×40mm×4mm，其中预制槽宽w为18mm，深h为2mm，槽坡度角θ为45°。激光沉积槽修复TA15钛合金拉伸性能如表1所示。激光修复工艺参数为光斑直径约2.5mm，激光功率1.7~2kW，扫描速度5~7mm/s，送粉速度2~4g/min，分层厚度0.7mm，道间扫描间距2.0mm，搭接率45%~55%。疲劳试样分为A、B、C3组，以研究激光沉积槽修复件的疲劳性能。A组为锻件基体；B组为退火后试件（600℃/3h），AC去应力退火；C组为固溶时效热处理后试件（950℃/1h，WQ+550℃/6h，AC）。在槽修复件靠近疲劳源的断裂表面截取用于微观组织观察的试样，用金相砂纸打磨、抛光，金相试样腐蚀采用Kroll腐蚀剂（HF:HNO3:H2O=5:15:80）。拉-拉疲劳试验在MTS-810疲劳试验机上按GB/T15248-2008进行，试验在室温空气环境下进行，控制波形为正弦波，应力水平为550MPa，应力比为0.06。采用OLYMPUS-DP71型光学显微镜观察微观组织变化和裂纹扩展路径，JSM-7001F场发射扫描电镜分析热处理后断口形貌，并分析疲劳裂纹萌生和扩展特性。表1激光沉积槽修复TA15钛合金拉伸性能Table1RoomtemperaturetensilepropertiesofgroovesampleStateofmaterialsσb/MPaσ0.2/MPaElongation/%Substrate95991316.6LDR+annealing100491614.6LDR+Solution-aging11209975.12结果与分析2.1激光沉积修复TA15钛合金的疲劳性能激光沉积修复钛合金疲劳寿命实验结果如表2所示，利用统计分析法对疲劳数据进行处理分析，并对比计算疲劳寿命。由于“概率密度函数”常用于疲劳寿命可靠性分析，基体的分散度不大，因此可采用子样数据估计总体参数。表2为激光沉积修复TA15钛合?
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图片说明： 第7期许良等：激光沉积修复TA15钛合金疲劳性能·1945·图2TA15合金试样断裂后宏观形貌Fig.2MacroscopicmorphologiesofLDRedTA15alloysamples:(a)annealedand(b)solution-aged图3TA15合金疲劳断裂表面形貌Fig.3SEMmorphologiesofLDRedTA15alloy:(a)annealedand(b)solution-aged（图2）。从图3可以看出，激光沉积修复件裂纹起始于修复区的气孔处，气孔均在试样内部，断口上有大量散射状条纹，表明裂纹形成后往试样四周扩展。气孔的存在加快了疲劳源的萌生和小裂纹的扩展，使激光沉积修复件的疲劳寿命和疲劳强度比母材低。此外，还可以看出退火态试样裂纹扩展区与瞬断区的界限比较明显，瞬断区高低起伏（图3a）；固溶时效态断面比退火态整体起伏较小，疲劳裂纹扩展区的比例增加（图3b）。图4为退火态裂纹源区不同位置的断裂形貌。可以看到气孔附近有尺寸较孝取向不同的α片层，并有许多α/β片层相互垂直（图4a）。还可以看到沿滑移面的解理断裂和α/β片层撕裂的综合形貌，以及许多沿着α/β片层集束的断裂小平面（图4b），这是由不同取向的滑移面分离断裂所致，，断裂小平面的尺寸与片层集束相当，为5~10μm，其敏感尺寸达到α/β片层集束尺寸组织单元。固溶时效后，断裂表面形态可以清楚地观察到距疲劳源150μm处有由于晶粒取向不同而形成的撕裂面（图5a）。当裂纹穿过晶界从一个晶粒扩展至另一个取向不同晶粒时，裂纹沿着晶粒容图4退火态TA15合金疲劳源区不同位置形貌Fig.4SEMmorphologiesofdifferentregionsnearthemicroporeoftheas-annealedLDRedTA15alloy:(a)α/βlamellarand(b)cleavagefacetsandtearingpattern图5固溶时效态TA15合金疲劳裂纹萌生扩展Fig.5SEMmicrographsoffatiguecrackinitiationandpropaga-tionofth
【作者单位】： 沈阳航空航天大学;
【基金】：国家自然科学基金项目(51405309) 辽宁省自然科学基金项目(2013024011)
【分类号】：TG146.23;TG665
【参考文献】
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【共引文献】
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本文编号：2515524
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