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新型α+β双相钛合金疲劳性能的研究

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2016-5-20 16:10:13

TC18为一种新型α+β双相钛合金,名义成分Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-lFe,不仅具有普通钛合金的特性,而且还具有良好的韧性和淬透性,淬透深度可达250mm,因此被广泛应用于制造飞机起落架等承重承冲击大型结构件,而这些构件因加工制造和应用环境的要求,不可避免地存在各种缺口,如键槽、台阶、螺纹、油孔、刀痕等等。由于缺口的存在,零件受载时便会在缺口处形成应力集中,增加材料的脆化趋势,实际应用中便容易发生突然断裂等高危事故,尤其当零件受冲击载荷时,这种趋势就更明显,而潜在危险性更大。

近年来,国内外针对钛合金承力构件,开展了大量抗疲劳技术研究,其中大部分研究都针对钛板材料开展喷丸强化技术研究以提高疲劳性能。然而,对于经过一定 时间服役的航空钛合金构件,原先喷丸产生的强化效果随着服役时间的延长而逐渐弱化,按照国外相关维修标准,需要进行返厂喷丸,即再次喷丸(Re- shot-peening,RSP)。起落架是飞机的主承力构件,采用高强度材料制造的起落架部件服役时受到高周疲劳的作用,容易发生疲劳失效。目前,再次喷丸已经在航空工业,特别是航空发动机和起落架维修方面得到了少量应用,但是对于钛合金,国内还没有关于再次喷丸方法进行过系统研究。而在国外,不少学者已经针对再次喷丸这一工程问题展开了较系统的研究。国外文献关于再次喷丸的研究主要集中在再次喷丸对疲劳性能影响方面,对于再次喷丸周期的选择,涉及较少,而选择合适的再次喷丸周期,对于实际维修工业具有现实的指导意义。因此,科研人员选择了新型高强钛合金结构材料TC18,研究再次喷丸对于经过预先喷丸的TC18钛合金残余应力和室温疲劳寿命的影响。

目前未曾见到针对TC18钛合金冲击缺口敏感性的研究报道,本研究旨在对TC18钛合金零件的设计加工,为提高结构件可靠性提供数据依据,将对钛合金在航空领域的应用具有重要的指导意义。实验采用经双重退火的模锻件材料,双重退火按照国军标GJB3763A-2004进行,在830℃保温2h,炉冷至750℃再保温2h,空冷,然后加热至570℃保温4h,空冷。按照国标GB/T228-1994《金属材料室温拉伸试验方法》测量其室温力学性能;采用D/maxX射线衍射仪进行物相分析,用JXA-8100电子探针和JEM-2100F透射电镜对其显微组织结构进行观察;按照GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验标准,将TC18钛合金加工成55mm×10mm×10mm标准试样,在试样上以慢走丝线切割的方式开不同深度的V型缺口,缺口根部曲率半径r为(0.25±0.025)mm,表面精度Ra不超过1.6μm,缺口深度依次从0.2cm以0.02cm递减至0cm(平滑试样),共11种缺口深度,每种缺口深度试样测试3次,取平均值,得到冲击功Ak,根据冲击功与冲击韧性关系公式(ak=Ak/S,S为缺口处试件的横截面积)计算得到冲击韧性值ak。采用NI500型仪器化摆锤冲击试验机记录带有0.2cm缺口深度标准样冲击过程力与时间以及冲击功与时间的关系曲线,并用JSM-5800扫描电镜对冲击断口进行观察分析。试样在冲击中,冲击功与冲击韧性均随缺口深度的减小而增大。平滑试样不发生断裂而只是弯曲变形,冲击韧性值为139.51J/cm2,而缺口深度0.02cm的试样断裂且冲击韧性值仅为77.92J/cm2,故材料对缺口十分敏感。

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