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1、·90·现代机械2009年第3期文章编号:1002-6886(2009)03-0088-04钛合金高周疲劳特性的影响因素分析周为富,赵振华,陈伟(南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京210016)摘要:高周疲劳(HCF)亦称高循环疲劳,它是航空燃气涡轮发动机的主要失效方式之一。高周疲劳失效几乎涉及航空发动机每一个钛合金零件,如压气机叶片、压气机内环和机匣等,会导致发动机重要部件的过早失效,甚至整个发动机和飞机的损失。但仅研究高周疲劳并不能解决实质问题,必须研究各种损伤对钛合金材料高周疲劳特性的影响。损伤通常包含低周疲劳、
2、外物损伤、在缺口或应力集中处形成裂纹和接触疲劳等,这些损伤都可能降低高周疲劳性能。本文主要介绍和总结了国内外有关低周疲劳和外物损伤对钛合金高周疲劳特性影响的研究现状。关键词:航空发动机高周疲劳低周疲劳复合疲劳外物损伤中图分类号:V231.95文献标识码:AEffectFactorsAnalysisofHighCycleFatiguePerformanceofTitaniumAlloyZHOUWeifu,ZHAOZhenhua,CHENWeiAbstract:Highcyclefatigueisoneofthemainfail
3、uremodesoftheaerogasturbineengines.High2cyclefatiguefailurealmostinvolvesineverytitaniumalloycomponentofaero2engine,suchascompressorblades,compressorinnerringandcasing,andsoon.Itcanleadtotheprematurefailureofmajorenginecomponentsandevenleadtothelossofenginesandairc
4、raft.However,onlystudyinghigh2cyclefatiguedoesnotsolvethesubstantiveissues.Wehavetostudyvarietyofdamageswhichaffectthehighcyclefatigueperformanceoftitaniumalloymateri2al.Damagesinvolvelowcyclefatigue,foreignobjectdamage,atthenotchandthestressconcentrationformcracka
5、ndfrettingfatigue,etc.Allthesearelikelytodegeneratehighcycleperformance.Thispapermainintroducesandsummarizesthepresentsituationoftherelevantdo2mesticandforeignresearchaboutlowcyclefatigueandforeignobjectdamageeffecthighcyclefatigueperformanceoftitaniumalloy.Keyword
6、s:aerogasturbineengine;highcyclefatigue;lowcyclefatigue;combinecyclefatigue;foreignobjectdamage全部构件损伤的49%,而高周疲劳又几乎占疲劳失效中的一0引言半(图1)。钛合金具有高比强度、较宽的工作温度和优异的抗腐蚀[3]通常在给定适当的交变载荷数据和Goodman图就可力,因而在航空发动机上已取代铝合金、镁合金及钢构件。目以进行抗高周疲劳设计。实际工作中,失效通常不是由于大前先进发动机压气机盘、压气机叶片和风扇叶片以及机匣等量的循
7、环累积引起的材料性能退化,而是由于在设计中没有均由钛合金制造,即实现压气机全钛化方案。预见或在试验测试中没有考虑到的实际工作条件引起的过美国空军根据发动早失效。这些失效是由高周疲劳与某些模式的初始损伤或机结构完整性计划(EN2工作损伤共同作用的结果,而其中的一些因素在Goodman图[1]SIP)的需要,采用“目标中没有考虑到。产生损伤的原因不仅是低周疲劳,还包含外退役”(RFC)部件寿命管物损伤、在缺口或应力集中处形成的裂纹和接触疲劳等,这些理方法代替传统的预定使情况都可能降低高周疲劳性能。因而,1994年美国空军启动用寿
8、命的方法,运用断裂涡轮发动机高周疲劳研究计划(AirForceNationalTurbine力学和采用损伤容限设计EngineHighCycleFatigueProgram),研究表明下面几个因素显著减少低周疲劳失效发对燃气涡轮发动机中的高周疲劳有较大影响:低周疲劳的交生率,从而使得高周疲
