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Ti-6Al-4V超高周疲劳性能研究及可靠性寿命分析

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稀有金属材料与工程 2017年第5期46卷 1277-1282页

作者：焦胜博程礼陈煊高潮冯宇陈皎鲁凯举空军工程大学陕西西安710038 航空工程技术研究中心北京100000

运用超声疲劳试验系统和MTS液压伺服疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在不同加载频率下的超高周疲劳试验,使用扫描电镜观察了试样断口形貌并对超高周疲劳试验数据进行了可靠性疲劳寿命分析。结果表明:疲劳循环周数超过107以后,Ti-6Al... 详细信息

运用超声疲劳试验系统和MTS液压伺服疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在不同加载频率下的超高周疲劳试验,使用扫描电镜观察了试样断口形貌并对超高周疲劳试验数据进行了可靠性疲劳寿命分析。结果表明:疲劳循环周数超过107以后,Ti-6Al-4V钛合金试样依然会发生疲劳断裂,不存在传统意义上的疲劳极限。裂纹萌生于试样表面和次表面,随着应力水平降低,萌生位置由表面向次表面转变;试样断口平坦,裂纹源呈现类"鱼眼"特征,裂纹萌生于材料次表面微观组织不均匀处,周围出现黑色颗粒海绵状特征;20 Hz和20 kHz两种频率下的试验数据吻合良好,加载频率对材料的疲劳性能没有明显影响;Ti-6Al-4V钛合金材料的超高周疲劳寿命服从3参数威布尔分布,采用单侧容限系数法建立了不同置信度和不同存活率下的疲劳寿命模型,给出了p-γ-S-N曲线。

关键词：超高周疲劳 Ti-6Al-4V 频率效应威布尔分布可靠性寿命 p-γ-S-N曲线

热处理工艺对TC4钛合金组织和力学性能的影响

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金属热处理 2019年第6期44卷 137-140页

作者：鲍学淳程礼陈煊鲁凯举空军工程大学航空工程学院陕西西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191

通过光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计和拉伸试验机等手段研究了不同热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明:热处理工艺对TC4钛合金的晶粒形态、尺寸和各相占比产生很大影响。经920℃固溶1 h后空冷加530℃时效4 h后空冷获... 详细信息

通过光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计和拉伸试验机等手段研究了不同热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明:热处理工艺对TC4钛合金的晶粒形态、尺寸和各相占比产生很大影响。经920℃固溶1 h后空冷加530℃时效4 h后空冷获得的双态组织和700℃退火2 h后空冷获得的等轴组织的抗拉强度分别高达986 MPa和987 MPa,且两种组织均具有良好的塑性,经1030℃固溶1 h后空冷加530℃时效4 h后空冷获得的魏氏体组织的抗拉强度低(949 MPa)、塑性差;魏氏体组织的断口SEM照片表现为脆性穿晶断裂为主导,双态组织和等轴组织表现为韧性断裂。魏氏体组织的硬度值最高,等轴组织的硬度值最低,两者的维氏硬度值分别为358 HV0.1和331 HV0.1。

关键词： TC4钛合金热处理显微组织拉伸性能 SEM分析硬度

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TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳性能研究

稀有金属材料与工程 2019年第10期48卷 3175-3182页

作者：鲁凯举程礼陈煊陈超焦胜博刘景元鲍学淳空军工程大学陕西西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191 空军航空大学吉林长春130000

针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题,开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验,研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明:在两种应力比(R=0.3,0.5)下,当循环次数超过107次时,试件仍发生疲劳断裂,... 详细信息

针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题,开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验,研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明:在两种应力比(R=0.3,0.5)下,当循环次数超过107次时,试件仍发生疲劳断裂,S-N曲线均呈现双线性特征;SEM断口分析表明,随着最大应力的降低,裂纹萌生位置由试件表面向次表面转移,疲劳裂纹萌生是表面滑移和内部解理断裂之间相互竞争的结果;基于疲劳寿命建立模型分析了应力比对2种裂纹萌生机制之间竞争行为的影响。采用红外热像仪监测试件表面的温度,高周疲劳试件的温度变化分为4个阶段:稳定升高、稳定降低、快速升高和快速降低,而超高周疲劳试件的温度变化分为3个阶段:稳定升高、快速升高和快速降低。最后,阐述了疲劳过程中生热和传热的特点,并分析了温度变化与应力分布的关系。

关键词： TC4钛合金超高周疲劳三点弯曲 S-N曲线红外热像技术

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TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

实验力学 2017年第2期32卷 257-264页

作者：陈皎程礼焦胜博鲁凯举空军工程大学航空航天工程学院西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107~109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用***推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下... 详细信息

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107~109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用***推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50%、95%、99%的安全寿命。结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限。TC4合金的S-N曲线在107~109周次的范围内呈连续下降型。在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50%破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定。

关键词： TC4钛合金超高周疲劳轴向振动 S-N疲劳寿命曲线寿命预测

碳纤维树脂基复合材料三点弯曲超高周疲劳实验研究

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机械强度 2019年第4期41卷 858-863页

作者：鲍学淳程礼陈煊陈超鲁凯举空军工程大学航空工程学院西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191

开展了碳纤维树脂基复合材料三点弯曲超高周疲劳实验,对比了无冷却、间断加载、压缩冷空气及液氮四种冷却方式,并利用红外热像仪对试件的温度进行监控,研究了碳纤维树脂基复合材料在超声频加载下的热效应。结果表明:碳纤维树脂基复合材... 详细信息

开展了碳纤维树脂基复合材料三点弯曲超高周疲劳实验,对比了无冷却、间断加载、压缩冷空气及液氮四种冷却方式,并利用红外热像仪对试件的温度进行监控,研究了碳纤维树脂基复合材料在超声频加载下的热效应。结果表明:碳纤维树脂基复合材料在超声频加载时会产生明显的温升现象,并对其弯曲模量及谐振频率产生较大影响,严重时甚至会出现试件烧蚀现象;采用液氮冷却可保证试件在超声加载过程中温度不超过其玻璃态转化温度;当应力循环次数超过10~7时试件在超高周范围仍会发生疲劳破坏,破坏形式包括分层、基体开裂两种。

关键词：复合材料超声频加载热效应冷却方式超高周疲劳

Ti-6Al-4V钛合金振动弯曲超高周疲劳及寿命预测模型研究

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实验力学 2016年第6期31卷 730-740页

作者：焦胜博程礼陈煊陈皎鲁凯举高潮空军工程大学航空航天工程学院西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100000 航空工程技术研究中心北京100000

运用超声疲劳试验系统和高频振动弯曲疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在300Hz和20kHz下的高周和超高周振动弯曲疲劳试验。使用Hirox光学成像系统和扫描电镜观察了试样断口形貌,提出了使用振动幅值和共振频率的乘积af表征试样应力大... 详细信息

运用超声疲劳试验系统和高频振动弯曲疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在300Hz和20kHz下的高周和超高周振动弯曲疲劳试验。使用Hirox光学成像系统和扫描电镜观察了试样断口形貌,提出了使用振动幅值和共振频率的乘积af表征试样应力大小的方法,建立了基于af值的超高周弯曲振动疲劳寿命预测模型并进行了验证。结果表明:疲劳循环周数超过107以后,Ti-6Al-4V钛合金试样依然会发生疲劳断裂,不存在传统意义上的疲劳极限;同轴向拉压疲劳相比,相同疲劳寿命下,振动弯曲的应力水平显著小于轴向拉压加载;300Hz和20kHz两种频率下的试验数据吻合良好,加载频率对材料的疲劳性能没有明显影响。由于试样中应力梯度分布,裂纹均萌生于试样表面,试样断口平坦,裂纹源并未呈现"鱼眼"特征。基于af值的疲劳寿命预测模型能够很好地预测超高周振动弯曲疲劳寿命。

关键词：超高周疲劳振动弯曲频率效应寿命预测

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TC4钛合金超高周疲劳性能研究

实验力学 2018年第2期33卷 272-280页

作者：陈皎程礼焦胜博鲁凯举空军工程大学航空航天工程学院西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191

应用基于压电超声疲劳技术开发的20kHz超声疲劳拉压试验系统，在室温下完成了对称载荷作用下TC4钛合金的超高周疲劳试验，并分析了次表面断裂的试件断口。结果表明：疲劳循环大于10 7周次时，试件仍会发生疲劳断裂，且疲劳强度会随循环... 详细信息

应用基于压电超声疲劳技术开发的20kHz超声疲劳拉压试验系统，在室温下完成了对称载荷作用下TC4钛合金的超高周疲劳试验，并分析了次表面断裂的试件断口。结果表明：疲劳循环大于10 7周次时，试件仍会发生疲劳断裂，且疲劳强度会随循环次数的增加而下降，不存在明显的疲劳极限；TC4钛合金断口呈现“类鱼眼”形貌，能谱分析未观察到裂纹源处夹杂物的存在；疲劳断面的粗糙度随与疲劳源区距离的增大而减小，裂纹在后期扩展速率较快，并伴随少量塑性变形。该TC4钛合金次表面疲劳裂纹的产生是由其微观组织的不均匀或晶粒内部的滑移带导致的。

关键词： TC4钛合金超高周疲劳次表面裂纹源断口形貌

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平板叶片非线性振动及疲劳试验

空军工程大学学报（自然科学版） 2017年第5期18卷 1-6页

作者：李思路程礼刘景元鲁凯举许煜空军工程大学航空航天工程学院西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191

针对航空发动机压气机叶片掉角故障,提出了一种采用方形平板试件弯扭复合共振开展试验研究的方法,研究了试件非线性振动特性及振动疲劳试验方法。结果表明:叶片模拟试件存在十分复杂的"软硬化并存"非线性特征,对试件开展振动疲劳试验产... 详细信息

针对航空发动机压气机叶片掉角故障,提出了一种采用方形平板试件弯扭复合共振开展试验研究的方法,研究了试件非线性振动特性及振动疲劳试验方法。结果表明:叶片模拟试件存在十分复杂的"软硬化并存"非线性特征,对试件开展振动疲劳试验产生重要影响;由于非线性原因振幅具有明显的突跳现象,须使激振频率稍小于曲线峰值频率以保持振动状态的稳定;为了更精准地确定试件裂纹出现节点,在进行疲劳试验时针对试件制定裂纹判定标准;利用制定的裂纹判定标准可成功确定疲劳强度,验证了裂纹判定标准的有效性和可行性。

关键词：叶片模拟试件弯扭复合共振试验非线性振动裂纹判定标准疲劳强度

盐雾腐蚀对Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳性能的影响

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实验力学 2016年第6期31卷 795-802页

作者：鲁凯举程礼陈煊焦胜博陈皎谢祥勇空军工程大学航空航天工程学院先进航空发动机协同创新中心 94855部队信息支援站

针对航空发动机压气机叶片腐蚀环境下的超高周疲劳问题,研究了盐雾腐蚀对Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳性能的影响。首先对试件进行加速腐蚀处理,然后对未腐蚀和腐蚀后的两种钛合金试件进行了超高周疲劳试验。试验结果表明:Ti-6Al-4V钛合... 详细信息

针对航空发动机压气机叶片腐蚀环境下的超高周疲劳问题,研究了盐雾腐蚀对Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳性能的影响。首先对试件进行加速腐蚀处理,然后对未腐蚀和腐蚀后的两种钛合金试件进行了超高周疲劳试验。试验结果表明:Ti-6Al-4V钛合金试件具有较强的耐腐蚀性,腐蚀后试件的超高周疲劳寿命没有明显降低。S-N曲线显示,腐蚀前后试件的S-N曲线两条曲线均呈连续下降趋势,并不存在传统疲劳概念上的无限寿命。断口分析表明:疲劳寿命低于108次时,两种类型的试件裂纹均萌生于表面;当循环寿命超过108次时,部分未经腐蚀处理的试件裂纹萌生在内部,成类似"鱼眼"状,腐蚀后试件疲劳裂纹萌生在试件腐蚀的表面处。

关键词： Ti-6Al-4V钛合金超高周疲劳盐雾腐蚀 S-N疲劳寿命曲线断口分析