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损伤容限型TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率研究

李辉  
【摘要】:针对我国××战斗机的应用背景及损伤容限型高性能材料设计发展的需求,西北有色金属研究院和北京航空材料研究院研制出了具有自主知识产权的新型中强损伤容限型TC4-DT钛合金。裂纹扩展速率作为损伤容限设计一个重要指标,以及表征材料损伤容限性能的重要方面,有必要对其开展较为深入的研究。本文重点研究了取样方向、微观组织、应力比和试样尺寸对da/dN的影响规律和作用机理。通过光学金相组织观察、裂纹扩展路径分析、扫描断口分析等方法,探讨了合金的裂纹扩展机理。研究主要结果如下: (1) 在低△K区,da/dN对组织比较敏感,T-L方向的da/dN比L-T方向快;随着△K的增大,疲劳裂纹扩展到Pairs区,对组织不敏感,两个方向的da/dN趋于一致。在Pairs区,T-L方向、L-T方向及45°方向的裂纹扩展速率非常接近,表明该区域取样方向对da/dN影响不大。 (2) 在本实验给定条件下,细片层编织状魏氏组织的da/dN粗片层平直状魏氏组织的da/dN等轴或双态组织的da/dN:细针编织状魏氏组织的抗疲劳裂纹扩展能力最好。 (3) 在相同实验条件下,试样厚度越大、应力比越小,疲劳裂纹扩展速率越低。 (4) 裂纹在双态组织中扩展,既能以绕过又能以直接切过初生α相的方式扩展。裂纹在片层组织中扩展时,既能沿束域边界或平行于α/β条向前扩展,又能垂直或与α/β条成一定角度(45°,60°)切断α、β相片层扩展;预裂区和快速扩展区主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。 (5) 经过误差及相关系数分析得到了分段描述裂纹扩展速率的较理想Pairs方程为:


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