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TC4和半TC4鈦合金的疲勞測試

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-11-30 11:57:50
TC4和半TC4鈦合金在化學成分上的主要差異是α相穩定元素Al的含量不同,其中TC4鈦合金的Al含量約為6%,而半TC4鈦合金的Al含量則為3%左右。作為一種航空結構材料,各種類型的疲勞失效是其在服役期間的主要破壞形式之一。因此,人們針對鈦合金的疲勞行為進行了系統的研究,確定了顯微組織、加工處理等因素對一些商業化鈦合金的疲勞性能及疲勞斷裂行為的影響規律。TC4和半TC4均屬于Ti-Al-V系α+β型鈦合金,在室溫平衡狀態下由α相和少量β相組成。該合金具有較高強度、良好的成型性能和焊接性能,通常用板材沖壓加工成薄壁型零件,并經過焊接制成飛機蒙皮及前進氣罩帽等構件,已在航空航天工業中得到廣泛應用。然而,關于TC4和半TC4鈦合金的疲勞行為特別是高溫疲勞性能方面的研究則鮮見報道。基于此,本文主要研究了TC4和半TC4鈦合金板在不同實驗溫度下的高周疲勞性能,總結了實驗溫度對不同軋制方向的TC4和半TC4鈦板高周疲勞性能的影響規律,并對兩種鈦合金在不同溫度下的高周疲勞性能進行了比較,以期為兩種鈦合金板材在航空工業中的可靠應用以及在相關結構件的抗疲勞設計提供必要的依據。
 
相同的最大循環應力下,平行于和垂直于軋制方向的TC4和半TC4鈦合金板的高周疲勞壽命均隨著實驗溫度的升高而降低;實驗溫度越高,平行于和垂直于軋制方向的TC4和半TC4鈦合金板材的疲勞極限則越低。當實驗溫度相同時,在相同的最大循環應力下,平行于和垂直于軋制方向的半TC4鈦合金板材的疲勞壽命均高于TC4鈦合金板材;不同實驗溫度下,半TC4鈦合金板材的高周疲勞壽命和疲勞極限均明顯高于相同軋制方向的TC4鈦合金板材。
 
實驗所用材料為TC4和半TC4鈦板,其厚度為5mm。將TC4合金板材分別沿著平行于軋制方向(LD方向)和垂直于軋制方向(TD方向)加工成標距長度15mm、寬度7mm、厚度5mm的疲勞試樣。為去除機械加工劃痕,確保試樣標距及過渡弧部分的光潔度,采用不同粒度的砂紙對試樣標距及過渡弧部分進行磨光。所有疲勞試驗均在最大加載能力為±50kN的PLD-50型電液伺服疲勞試驗機上進行。采用軸向拉-拉應力控制模式,應力比R=0.1。實驗環境為實驗室靜態空氣介質,實驗溫度分別為25(室溫)、200和300℃。所采用的波形均為三角波,采用的循環頻率為10Hz。各個實驗均進行至試樣斷裂時為止,且以斷裂時所對應的循環周次作為相應實驗條件下的疲勞壽命。
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