TA11钛合金超高周疲劳行为
发布时间：2021-04-15 17:53
利用常规疲劳试验方法获得TA11合金在不同温度,不同应力比下的3×107及1×108超高周疲劳极限,并采用三参数幂函数法获得合金超高周疲劳中值S-N曲线及其描述方程。研究发现:与传统1×107疲劳极限相比,TA11合金的超高周（3×107及1×108）疲劳强度表现出继续降低的趋势,这一趋势在负应力比（R=-1）下不太明显,在正应力比（R=0.1,0.5）下十分显著,并且室温下的降低幅度大于高温下的降低幅度;断口分析表明,室温下TA11合金试样的超高周疲劳裂纹均萌生于表面,高温下TA11合金试样的超高周疲劳裂纹萌生方式与应力比有关,R=-1和0.1时疲劳裂纹萌生于表面,R=0.5时疲劳裂纹萌生于内部;TA11合金试样的表面状态是导致其疲劳寿命分散的主要原因。
【文章来源】：航空材料学报. 2017,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
TA11合金组织形貌(a)横截面;(b)纵截面
i-8Al-1Mo-1V(质量分数/%)，相变点为1030～1040℃。棒材由经过三次真空自耗电弧炉熔炼的铸锭热锻而成，热处理制度为910℃/1h空冷+580℃/8h空冷。在成品棒材上切取试样，经磨抛腐蚀后，对棒材的横、纵截面进行高、低倍观察。棒材低倍组织未发现裂纹、夹杂、偏析、缩孔、气孔和其他冶金缺陷，棒材横截面为均匀的等轴α相，纵截面为均匀拉长的α相，晶间为少量的β相。横、纵截面高倍组织形貌见图1。图1TA11合金组织形貌(a)横截面;(b)纵截面Fig．1MorphologiesofTA11alloy(a)crosssection;(b)longitudinalcrosssection图2疲劳试样形状及尺寸图Fig．2Dimensionsofspecimenusedinfatiguetests沿棒材纵向切取圆柱形毛坯，精加工成疲劳性能测试试样，试样形状及尺寸见图2，试样加工参照HB5287—1996“金属材料轴向加载疲劳试验方法”附录B疲劳试样加工工艺进行。超高周疲劳S-N曲线的测定严格按照HB5287—1996进行，试验设备为QBG-500型高频疲劳试验机，试验温度分别为室温、300℃和400℃，每种试验温度选择Ｒ=－1，0．1，0．53个不同应力比进行试验，加载波形为正弦波，加载方向为轴向，试验频率为90～125Hz，不同试验条件试样数量为30根，室温下最长试验周次为1×108，300℃和400℃下最长试验周次为3×107。首先采用升降法求得材料的超高周疲劳极限，再以该疲劳极限为最低应力水平，采用成组试验法得到S-N曲线，然后按照HB5287—1996中推荐的解析法对不同条件下的疲劳试验数据进行描述，得到单条S-N曲线。2结果与分析2．1中值S-N曲线方程的确定图3～5显示不同温度，不同应力比下的TA11合金超高周疲劳试验结果。图中黑色箭头表示使用升降法测试超高周疲劳极限时该试样达到1×108或3×107周次未发生断裂，箭头后面?
第3期TA11钛合金超高周疲劳行为图3TA11合金室温超高周疲劳中值S-N曲线Fig．3VHCFS-NcurvesforTA11alloyatroomtemperature图4TA11合金300℃超高周疲劳中值S-N曲线Fig．4VHCFS-NcurvesforTA11alloyat300℃图6(b)，7(b))。研究认为［15-16］，在钛合金中，α相为密排六方结构，β相为体心立方结构，β相滑移系较多，在低应力幅下，滑移首先由β相开始，在两相界面形成位错堆积，产生局部应力集中，从而导致裂纹在晶界或相界萌生。同时也说明，对于TA11合金，在300℃和400℃，Ｒ=0．5试验条件下，3×107寿命区试样表面所受剪切应力难以促使表面开裂，此时，试样内部产生局部应力集中，导致裂纹萌生。图5TA11合金400℃超高周疲劳中值S-N曲线Fig．5VHCFS-NcurvesforTA11alloyat400℃合金在300℃，400℃，Ｒ=－1，0．1等试验条件下，疲劳裂纹均起始于试样表面，呈现单源或多源特征(见图8)，近3×107周次断裂试样断口未呈现Ｒ=0．5时的“鱼眼”特征，其原因可能是在较低应力比下，3×107寿命区试样内部应力集中尚不足以促使裂纹萌生，表面在剪切应力作用下萌生裂纹依然是试样疲劳断裂的主要方式。综上可知，高温下TA11合金的超高周疲劳(3×107)裂纹萌生方式与应力比有关。当Ｒ=－1和0．1时，裂纹萌生于试样表面，试样的表面状态对超高周疲劳寿命的影响更大;当Ｒ=0．5时，裂纹萌生于试样内部，断口形貌呈现“鱼眼”特征，材料内部的局部应力集中是导致疲劳裂纹萌生的主要原因。通过对合金在室温下不同应力比的疲劳断口形貌进行观察发现，与300℃和400℃的情况不同的是，室温下不同应力比的试样疲劳裂纹均萌生于表面(见图9)，这说明，在室温，最长试验寿命1×108条件下，TA11合金试样的疲劳裂纹萌生方式与载荷?
【参考文献】：
期刊论文
[1]TA11钛合金高温变形微观组织演变分析[J]. 党淼,齐广霞,史丽坤. 热加工工艺. 2010(04)
[2]合金材料超高周疲劳行为的基本特征和影响因素[J]. 洪友士,赵爱国,钱桂安. 金属学报. 2009(07)
[3]超高周疲劳的研究进展[J]. 关昕,孟延军. 钢铁研究. 2009(01)
[4]GCr15轴承钢超高周疲劳性能与夹杂物相关性[J]. 李永德,杨振国,李守新,柳洋波,陈树铭. 金属学报. 2008(08)
[5]2000 MPa高强度钢的超高周疲劳破坏行为[J]. 赵海民,陈思联,郝立群,惠卫军,董瀚,翁宇庆. 特殊钢. 2008(03)
[6]Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳行为[J]. 左景辉,王中光,韩恩厚. 金属学报. 2007(07)
[7]LC4CS铝合金的超高周疲劳寿命分布[J]. 姚卫星,郭盛杰. 金属学报. 2007(04)
[8]汽车用高强度弹簧钢54SiCrV6和54SiCr6的超高周疲劳行为[J]. 张继明,杨振国,李守新,李广义,惠卫军,翁宇庆. 金属学报. 2006(03)
[9]超高强度钢十亿周疲劳研究[J]. 王清远. 机械强度. 2002(01)
本文编号：3139812
【文章来源】：航空材料学报. 2017,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
TA11合金组织形貌(a)横截面;(b)纵截面
i-8Al-1Mo-1V(质量分数/%)，相变点为1030～1040℃。棒材由经过三次真空自耗电弧炉熔炼的铸锭热锻而成，热处理制度为910℃/1h空冷+580℃/8h空冷。在成品棒材上切取试样，经磨抛腐蚀后，对棒材的横、纵截面进行高、低倍观察。棒材低倍组织未发现裂纹、夹杂、偏析、缩孔、气孔和其他冶金缺陷，棒材横截面为均匀的等轴α相，纵截面为均匀拉长的α相，晶间为少量的β相。横、纵截面高倍组织形貌见图1。图1TA11合金组织形貌(a)横截面;(b)纵截面Fig．1MorphologiesofTA11alloy(a)crosssection;(b)longitudinalcrosssection图2疲劳试样形状及尺寸图Fig．2Dimensionsofspecimenusedinfatiguetests沿棒材纵向切取圆柱形毛坯，精加工成疲劳性能测试试样，试样形状及尺寸见图2，试样加工参照HB5287—1996“金属材料轴向加载疲劳试验方法”附录B疲劳试样加工工艺进行。超高周疲劳S-N曲线的测定严格按照HB5287—1996进行，试验设备为QBG-500型高频疲劳试验机，试验温度分别为室温、300℃和400℃，每种试验温度选择Ｒ=－1，0．1，0．53个不同应力比进行试验，加载波形为正弦波，加载方向为轴向，试验频率为90～125Hz，不同试验条件试样数量为30根，室温下最长试验周次为1×108，300℃和400℃下最长试验周次为3×107。首先采用升降法求得材料的超高周疲劳极限，再以该疲劳极限为最低应力水平，采用成组试验法得到S-N曲线，然后按照HB5287—1996中推荐的解析法对不同条件下的疲劳试验数据进行描述，得到单条S-N曲线。2结果与分析2．1中值S-N曲线方程的确定图3～5显示不同温度，不同应力比下的TA11合金超高周疲劳试验结果。图中黑色箭头表示使用升降法测试超高周疲劳极限时该试样达到1×108或3×107周次未发生断裂，箭头后面?
第3期TA11钛合金超高周疲劳行为图3TA11合金室温超高周疲劳中值S-N曲线Fig．3VHCFS-NcurvesforTA11alloyatroomtemperature图4TA11合金300℃超高周疲劳中值S-N曲线Fig．4VHCFS-NcurvesforTA11alloyat300℃图6(b)，7(b))。研究认为［15-16］，在钛合金中，α相为密排六方结构，β相为体心立方结构，β相滑移系较多，在低应力幅下，滑移首先由β相开始，在两相界面形成位错堆积，产生局部应力集中，从而导致裂纹在晶界或相界萌生。同时也说明，对于TA11合金，在300℃和400℃，Ｒ=0．5试验条件下，3×107寿命区试样表面所受剪切应力难以促使表面开裂，此时，试样内部产生局部应力集中，导致裂纹萌生。图5TA11合金400℃超高周疲劳中值S-N曲线Fig．5VHCFS-NcurvesforTA11alloyat400℃合金在300℃，400℃，Ｒ=－1，0．1等试验条件下，疲劳裂纹均起始于试样表面，呈现单源或多源特征(见图8)，近3×107周次断裂试样断口未呈现Ｒ=0．5时的“鱼眼”特征，其原因可能是在较低应力比下，3×107寿命区试样内部应力集中尚不足以促使裂纹萌生，表面在剪切应力作用下萌生裂纹依然是试样疲劳断裂的主要方式。综上可知，高温下TA11合金的超高周疲劳(3×107)裂纹萌生方式与应力比有关。当Ｒ=－1和0．1时，裂纹萌生于试样表面，试样的表面状态对超高周疲劳寿命的影响更大;当Ｒ=0．5时，裂纹萌生于试样内部，断口形貌呈现“鱼眼”特征，材料内部的局部应力集中是导致疲劳裂纹萌生的主要原因。通过对合金在室温下不同应力比的疲劳断口形貌进行观察发现，与300℃和400℃的情况不同的是，室温下不同应力比的试样疲劳裂纹均萌生于表面(见图9)，这说明，在室温，最长试验寿命1×108条件下，TA11合金试样的疲劳裂纹萌生方式与载荷?
【参考文献】：
期刊论文
[1]TA11钛合金高温变形微观组织演变分析[J]. 党淼,齐广霞,史丽坤. 热加工工艺. 2010(04)
[2]合金材料超高周疲劳行为的基本特征和影响因素[J]. 洪友士,赵爱国,钱桂安. 金属学报. 2009(07)
[3]超高周疲劳的研究进展[J]. 关昕,孟延军. 钢铁研究. 2009(01)
[4]GCr15轴承钢超高周疲劳性能与夹杂物相关性[J]. 李永德,杨振国,李守新,柳洋波,陈树铭. 金属学报. 2008(08)
[5]2000 MPa高强度钢的超高周疲劳破坏行为[J]. 赵海民,陈思联,郝立群,惠卫军,董瀚,翁宇庆. 特殊钢. 2008(03)
[6]Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳行为[J]. 左景辉,王中光,韩恩厚. 金属学报. 2007(07)
[7]LC4CS铝合金的超高周疲劳寿命分布[J]. 姚卫星,郭盛杰. 金属学报. 2007(04)
[8]汽车用高强度弹簧钢54SiCrV6和54SiCr6的超高周疲劳行为[J]. 张继明,杨振国,李守新,李广义,惠卫军,翁宇庆. 金属学报. 2006(03)
[9]超高强度钢十亿周疲劳研究[J]. 王清远. 机械强度. 2002(01)
本文编号：3139812
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