Ti60钛合金保载疲劳行为研究

作     者：刘石双 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：仇平;黄旭

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Ti60钛合金 保载疲劳 保载疲劳敏感性 塑性应变累积 准解理小平面 

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。