ti4o新型阻燃钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

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1、攮要攘娶Ti40合金韪我国针对航空发动机钛结构件在商锨、受摩擦条件下易燃问题焉臻剿豹一辩裁整疆攥舍龛，其名义成揆为。鞋乏5v15cr-xsi。金蠢、系绫地讽识周期栽荷下啊40合金的疲劳裂纹扩展行为对于航空结构件的损伤容限设计具毒重要指导意义。本文以工程应用为背景，对Ti40含金在不阉温度、频率和魔力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了较为系统的研究，揭示了台金疲劳裂纹扩展的现象和规律，玲析了不同载荷条件影响Ti40合金疲劳裂纹扩展行为的本质原固，主要壤褥熊研究结祭如下：1在赢温～600℃范围内，随温度升高，Ti40台金疲劳裂纹扩磁速率增大；Paris公蕊孛的鬻数e谴增趣，m馕降糕；不同湿度。F的

2、裂绞扩餍曲线在AK为45．5MPa√Ⅲ和裂纹扩展速率为1．85×10-3mm／cycle时相交于一点。该点是Ti40合金癌势裂纹扩展机制同时由不完全韧性扩展机制向完全韧性扩展桃割转变的避渡点。2温度对Ti40合金疲势裂纹扩展行为的影响主要灏予温度对其弹性模量、屈瑕强瘦、翱嬖耋谴的影嫡纛台金裂壤区静戴佬。敲宣溢到300℃，醚瀑艇拜裹，Ti40合金的屈服强度和弹性模最降低而断裂韧性升高，从而导致疲劳裂纹扩展速率变化不明显；两从300℃～600℃，随激度的炙琏氧化如剧，使台金疲劳裂纹扩展速率避现显藩升高的越势。Ti40台金的裘观激活能随温度升高而增大．但500℃队后袁观激活能的变化很小，表明5

3、00℃可能是刊40台垒一些链葳(范秘熟力警方露弱牲臻等)发生囊{{二豌转辑矗。3’Fi40合金的组织特，谯无法为冀疲劳裂纹扩展提供明显的阻力作用，但在物理性§％嚣

4、力学性§l上抟优势使褥Ti40合金在室瀣下的裂绞扩展速率低于具有片层组织的021S台金：但与各种遇火状态下具有片屡组织的Ti6A14V台金相比，Ti40合金的物理和力学性能不占有明是的优势，因此裂纹扩展遴率高子Ti6A14V合金。高温下Ti40台金易于氧纯，潮此600℃’FTi40合盒的裂纹扩展速率还略快于650℃下口21S的裂纹扩展速率。4，颞枣越小，Ti40舍金毂疲势裂绞扩羼速率熬走。不过在室潺F，当△K≤15MPa√m时

5、，频率从1Hz到20Hz裂纹扩展速率变化很小：当△麓≥15MPa4m时。猩频率为lHe的附近，表现出的是周期，一时蚓拥关性，受频率的彰晌鞠显，在10Hz、20Hz荆近，表现出的是璃期稆关蟪+对额翠的变化不敏感。500℃时，在AK_>10MPa√m时，仁l№的裂纹拶展速率西北工业大学工学硕士学位论文明显高于卢10Hz的裂纹扩展速率。5．室温下，频率对Ti40合金裂纹扩展速率的影响主要和取决于裂纹尖端载荷方向上应变幅或粘．塑性应变幅的大小。频率越低，相同AK下应变幅或粘一塑性应变幅越大，裂纹扩展速率就越高。500℃时，氧化成为频率影响Ti40合金裂纹扩展行为不可忽略的因素。低的频率会导致裂纹

6、尖端区域在环境中的暴露时间增加，渗氧层中的氧化物钉扎了位错的移动，使裂端部位材料的屈服强度升高。高的屈服强度使得在应力变化幅相同时，应变幅或粘一塑性应变幅度降低，从而当频率从10Hz降到tHz时裂纹扩展速率增大值与室温相比变小，即Ti40合金在高温时裂纹扩展速率对频率的敏感性与室温相比减弱。6．应力比对疲劳裂纹扩展行为的影响在于不同应力比对裂纹尖端区域应力场的影响不同，而表征裂纹尖端应力场的参数AK和K。。对裂纹扩展速率的贡献是不同的。对Ti40合金而言，应力比在O．1到0．5范围内变化时，AK和K。。共同控制者裂纹的扩展，但AK对裂纹扩展速率的影响更大；当应力比增加到O．8以上时，K。

7、。是导致Ti40合金裂纹扩展的关键因素。7发现了室温下裂端“反向塑性区”不存在的现象，和K．Sadananda等人用理论推出的结论相同。表征控制Ti40合金疲劳裂纹扩展机制的“轨迹陶”中的曲线特征和其它钛合金相似，只是1540合金的轨迹线向K。。’轴偏转得更强烈些，暗示了Ti40合金在疲劳裂纹扩展过程中更易受到氧化腐蚀的影响，裂纹以刻面机制进行扩展的时间更长的特性。这和试验结果完全相符。关键词：Ti40合金：疲劳裂纹扩展速率；温度：应力比；频率AbstractTi40alloyisanewburnresistanttitaniumalloydesignedforaeroengineinc

8、asethetitaniumburningunderfrictionathightemperature．11’snominaIcompositionisTi-25V-15Cr-xSi．Studyofthefatiguecrackpropagation(FCP)behaviorsismeaningful南r龇damagetolerancedesigningofcomponentsusedinairplaneConsideringthe