Ti60钛合金保载疲劳行为研究

发布时间：2020-07-22 16:53

【摘要】：钛合金具有低密度、高比强度、耐腐蚀和耐高温等优点,广泛应用于航空发动机风扇盘、压气机盘和叶片等部件,是航空发动机实现减重、提高推重比的关键材料。研究者发现钛合金在航空发动机上应用时会出现使常规疲劳寿命显著降低的保载疲劳问题,严重影响航空发动机的安全工作,因此,钛合金保载疲劳成为研究的热点问题。本文选取Ti60钛合金双态组织和片层组织为试验材料,采用显微硬度计、金相显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机和液压伺服疲劳试验机等检测设备分别对Ti60钛合金的显微硬度、显微组织、断口形貌、微织构、拉伸性能、低周疲劳和保载疲劳性能进行研究。首先,通过拉伸试验测得两种典型组织的基本力学性能,结果表明:双态组织强度小于片层组织,塑性大于片层组织,且两种典型组织的强度和塑性随温度的增加分别呈下降和上升趋势。其次,通过疲劳试验研究显微组织、峰值应力、温度和保载时间等因素对Ti60钛合金疲劳性能的影响,结果表明:随峰值应力和保载时间的增加,疲劳寿命呈下降趋势,塑性应变累积呈上升趋势;保载疲劳塑性应变累积大于低周疲劳塑性应变累积;室温时,双态组织保载疲劳敏感性大于片层组织;440℃时,双态组织保载疲劳敏感性小于片层组织;440℃时的保载疲劳敏感性显著小于室温状态。最后,通过场发射扫描电子显微镜观察疲劳断口,观察发现:室温时,低周疲劳裂纹萌生于试样表面,为单裂纹源,保载疲劳裂纹萌生于试样内部,呈多源萌生;440℃时,疲劳裂纹都萌生于试样表面,且为多源萌生;疲劳断口表面均存在准解理小平面。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23
【图文】：

变体,同素异构,取向关系,钛合金

存在 12 种变体，α 相转变为 β 相时存在 6 种变体[14-16]，见图 1-2。钛合金按亚稳定状态下相的组成可分为[12]：α 型、近 α 型、α+β 型、近 β 型和 β 型；分为：飞机结构钛合金和发动机结构钛合金；按制备方法可分为：铸造钛合钛合金和粉末冶金钛合金等[17]。a) 密排六方结构 b) 体心立方结构图 1-1 钛的两种晶体结构(1011 )ca1a20.295nm(0001).468nm0a0.332nmaa(110)1010 ( )

合金化元素,稳定化作用,钛合金,β相

燕山大学工学硕士学位论文显提高 Tβ，扩大 α 相区，其中 Al 元素是高温钛合金中最常用的 α 相稳乎存在于各个牌号的钛合金中；第二类为 β 相稳定化元素，这类元素细分为同晶型和共析型[12]，最常用的同晶型元素有 Mo、V、Nb，此类a 和 Re 等，其中同晶型元素 Mo 是强烈的 β 稳定化元素，与 β-Ti 形成与 α-Ti 形成有限固溶体；共析型元素主要有 Fe、Mn、Cr、Co、Ni、加 β 稳定化元素能降低 Tβ，扩大 β 相区；第三类为中性元素，有 Sn 入中性元素对 Tβ没有太大的影响，它们在 α 和 β 两相中均有较大的固形成无限固溶体，与其他合金化元素一起加入，可以起到补充强化作的强化效果更为显著。

钛合金,双态组织,初生,疲劳强度

等轴组织中初生 α 相一般呈球状，这种组织具有较高的拉伸塑性和疲劳强度，但是持久和蠕变强度不如片层组织。双态组织是在β转变组织的基体上分布着含量不超过50%的初生α相，如图1-4b)所示。目前航空用近 α 型高温钛合金一般采用初生 α 相含量为 5%~50%的双态组织，以获得疲劳性能和断裂性能的良好匹配，双态组织中的 α 相有两种形态，一种为球状的初生 α 相，另一种为 β 转变组织中的片状次生 α 相。双态组织塑性较好，抗拉强度高，具有较高的疲劳强度。网篮组织的原始 β 晶界 α 相被不同程度地破碎，晶界 α 相不连续或不存在

【参考文献】