為了明確極地破冰船關(guān)鍵部位鈦合金的疲勞裂紋擴(kuò)展行為,本文以89 mm厚鈦合金為試驗(yàn)對象,完成室溫以及低溫下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)。從鈦合金的a-N曲線表明隨著溫度的降低,鈦合金的壽命增加;對a-N曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到疲勞裂紋擴(kuò)展速率的雙對數(shù)曲線。結(jié)果表明:在一定應(yīng)力強(qiáng)度因子內(nèi),隨著溫度的降低,疲勞裂紋擴(kuò)展速率降低;在-60℃時(shí),斷裂韌性降低,在一定應(yīng)力強(qiáng)度因子以外,裂紋擴(kuò)展速率提高;在極地正常溫度內(nèi),可以確定鈦合金滿足極地低溫疲勞裂紋擴(kuò)展速率要求,但是在-60℃以下的一些極端極地氣溫下,防止脆性破壞成為疲勞設(shè)計(jì)的重點(diǎn);試驗(yàn)數(shù)據(jù)能為極地破冰船進(jìn)一步抵抗低溫疲勞和冷脆斷裂設(shè)計(jì)提供參考;采用采用所提出的預(yù)報(bào)公式對鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的中速率區(qū)和高速率區(qū)進(jìn)行預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)結(jié)果顯示該預(yù)報(bào)公式能較好的預(yù)報(bào)該鈦合金的低溫疲勞裂紋擴(kuò)展速率的2個(gè)區(qū)域。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

鈦合金lg(da/dN)lg(K)曲線Fig.5Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth()()

圖2試驗(yàn)過程圖Fig.2Testprocessdiagram圖3CT試件斷口外貌圖Fig.3CTspecimenfractureappearance圖4鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展aN曲線Fig.4Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth2.2低溫對疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響(da/dN)i(K)ida/dN已有的研究指出[12–16]，低合金結(jié)構(gòu)鋼具有疲勞脆韌轉(zhuǎn)變溫度，即當(dāng)環(huán)境溫度高于脆韌轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，隨著溫度的降低，疲勞裂紋擴(kuò)展速率降低；當(dāng)環(huán)境溫度低于脆韌轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，隨著溫度的降低，疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加。本文試驗(yàn)由圖4的a-N曲線，利用線切割法計(jì)算a-N曲線的斜率，得到裂紋擴(kuò)展速率的值；利用式（1）計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的值，利用割線法對a-N曲線進(jìn)行處理，作出鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的雙對數(shù)曲線如圖5所示。K=f(aW)FBW0.5，(1)f(aW)=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5。(2)由圖5可以看出，在應(yīng)力比0.5條件下，隨著溫度的降低，在一定應(yīng)力強(qiáng)度因子以內(nèi)，橋梁鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率均明顯降低，這意味著鈦合金在低溫環(huán)境下疲勞裂紋擴(kuò)展的抵抗能力得到加強(qiáng)。在20℃~40℃時(shí)，隨著溫度的降低，鈦合金的斷裂韌性變大，裂紋擴(kuò)展速率降低，但是在60℃時(shí)，斷裂韌性突然降低，裂紋擴(kuò)展速率在一定應(yīng)力強(qiáng)度因子以外較室溫20℃增加，證明鈦合金在60℃時(shí)會脆斷，但是整體壽命較室溫20℃有所增長，主要是因?yàn)樵诘蛻?yīng)力強(qiáng)度因子范圍內(nèi)鈦合金在低溫條件下擴(kuò)展緩慢。北極溫帶在20℃~60℃之間[17]。因此，本試驗(yàn)

圖2試驗(yàn)過程圖Fig.2Testprocessdiagram圖3CT試件斷口外貌圖Fig.3CTspecimenfractureappearance圖4鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展aN曲線Fig.4Curveofnewtitaniumalloyfatiguecrackgrowth2.2低溫對疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響(da/dN)i(K)ida/dN已有的研究指出[12–16]，低合金結(jié)構(gòu)鋼具有疲勞脆韌轉(zhuǎn)變溫度，即當(dāng)環(huán)境溫度高于脆韌轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，隨著溫度的降低，疲勞裂紋擴(kuò)展速率降低；當(dāng)環(huán)境溫度低于脆韌轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，隨著溫度的降低，疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加。本文試驗(yàn)由圖4的a-N曲線，利用線切割法計(jì)算a-N曲線的斜率，得到裂紋擴(kuò)展速率的值；利用式（1）計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍的值，利用割線法對a-N曲線進(jìn)行處理，作出鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的雙對數(shù)曲線如圖5所示。K=f(aW)FBW0.5，(1)f(aW)=(2+aW)×0.866+4.64(aW)13.32(aW)2+14.72(aW)35.6(aW)4(1aW)1.5。(2)由圖5可以看出，在應(yīng)力比0.5條件下，隨著溫度的降低，在一定應(yīng)力強(qiáng)度因子以內(nèi)，橋梁鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展速率均明顯降低，這意味著鈦合金在低溫環(huán)境下疲勞裂紋擴(kuò)展的抵抗能力得到加強(qiáng)。在20℃~40℃時(shí)，隨著溫度的降低，鈦合金的斷裂韌性變大，裂紋擴(kuò)展速率降低，但是在60℃時(shí)，斷裂韌性突然降低，裂紋擴(kuò)展速率在一定應(yīng)力強(qiáng)度因子以外較室溫20℃增加，證明鈦合金在60℃時(shí)會脆斷，但是整體壽命較室溫20℃有所增長，主要是因?yàn)樵诘蛻?yīng)力強(qiáng)度因子范圍內(nèi)鈦合金在低溫條件下擴(kuò)展緩慢。北極溫帶在20℃~60℃之間[17]。因此，本試驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3600385