多轴复杂应力形式下TB6高强钛合金耳片的微动疲劳断裂研究

发布时间：2021-03-24 18:42

　　本实验研究了TB6高强钛合金在拉-扭多轴应力条件下的微动疲劳断裂机理,并结合宏微观观察、残余应力测试、计算机模拟分析了不同工艺条件的耳片在拉-扭疲劳试验应力下的微动疲劳寿命差异,研究了微动疲劳裂纹的萌生及扩展特性,揭示了耳片裂纹萌生机制。结果表明:二次挤压耳片的断口扩展区面积比例较大,说明其拉-扭疲劳扩展更为充分。经二次挤压后,耳片的拉-扭微动疲劳总寿命得到延长,且裂纹萌生寿命均占总寿命的95%以上;二次挤压后耳片的裂纹萌生驱动力较低,呈现较高的裂纹萌生抗力。各断口均起源于耳片内孔微动磨损印迹较重处,大面积连续片状的微动磨损印迹表明二次挤压后的钛合金微动疲劳敏感性大大降低。经挤压强化后,孔壁形成了较高幅值的残余压应力层和组织强化层,可以有效地抑制裂纹的萌生和扩展。耳片内孔微动磨损层的形成是机械诱导机制和热诱导机制共同作用的结果,其最终磨损形式为疲劳磨损。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(14)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

主桨毂连接耳片的等效结构

图2为1#—6#试样断口形貌,可以看出,该合金断口存在三个明显的特征区域,即疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区。6件耳片均起裂于耳片孔内壁,而后裂纹沿着径向和孔轴向进一步扩展,但各耳片的起裂形貌存在差异:未进行挤压的1#—3#耳片试样源区呈大线源特征,具有典型的大应力起裂特征;而二次挤压的4#—6#耳片试样源区明显收敛,其中4#耳片呈双点源起裂特征,两源区较近,距离倒角约2 mm,5#、6#耳片均呈单点源起裂特征,源区位于倒角处。6件耳片的扩展区均较为平坦、光滑,扩展棱线清晰可见,各扩展区面积占整个断口的比例为:1#、3#约70%,2#、4#—6#均在85%以上。可见二次挤压耳片断口扩展区面积比例较大,说明其拉-扭疲劳扩展更充分。各耳片断口瞬断区均位于与疲劳扩展区约呈45°的斜面上。2.2 拉-扭疲劳试验条件下裂纹萌生、扩展特性研究

表3 不同耳片的萌生、扩展寿命对比Table 3 Comparison of initiation life and extension life of each lug Sample Fatigue life/cycle Extension life/cycle Initiation life/cycle The proportion of initiation life to total life 1# 37 304 23 452 13 852 37% 2# 38 945 25 678 13 267 34% 3# 40 287 16 120 24 167 59% 4# 1 615 603 60 351 1 555 252 96% 5# 973 338 33 833 939 505 96% 6# 1 033 384 49 352 984 032 95%图4 6件耳片裂纹扩展速率与裂纹长度的关系曲线(电子版为彩图)

【参考文献】：
期刊论文
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[2]TA15钛合金锻件裂纹分析[J]. 刘昌奎,魏振伟,赵剑,曾菁.  失效分析与预防. 2017(05)
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[4]不同断口定量分析疲劳寿命模型应用对比[J]. 刘新灵,张卫方,陶春虎.  机械工程材料. 2008(05)
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博士论文
[1]TB6和TA15钛合金β锻组织演变及动态再结晶行为研究[D]. 欧阳德来.南京航空航天大学 2011



本文编号：3098200