【摘要】：采用激光沉積修復(fù)技術(shù)對(duì)銑切溝槽損傷的TA15鈦合金鍛件進(jìn)行修復(fù),研究了修復(fù)件的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展特性。采用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡分析了試樣疲勞斷口以及縱截面。結(jié)果表明,修復(fù)后試樣均斷裂于修復(fù)區(qū),其疲勞行為具有很強(qiáng)的組織敏感性,疲勞源區(qū)有與α片層集束尺寸和形貌相同的解理斷裂面和撕裂特征。穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)的裂紋沿著α片層邊界擴(kuò)展,有的垂直于α片層,有的平行于α片層;固溶時(shí)效熱處理后,組織敏感尺寸達(dá)到了單個(gè)片層尺寸的細(xì)小組織個(gè)體,表現(xiàn)為沿不同滑移方向分離的單個(gè)α/β片層撕裂和α′片層清晰排列的痕跡。細(xì)小、取向更多的片層集束使裂紋更容易偏轉(zhuǎn),增加了裂紋擴(kuò)展路徑的長(zhǎng)度,從而消耗更多的裂紋擴(kuò)展能量。
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圖片說明： ·1944·稀有金屬材料與工程第46卷圖1激光沉積槽修復(fù)試樣加工示意圖Fig.1Schematicofgroovesamplepreparation204mm×40mm×4mm，其中預(yù)制槽寬w為18mm，深h為2mm，槽坡度角θ為45°。激光沉積槽修復(fù)TA15鈦合金拉伸性能如表1所示。激光修復(fù)工藝參數(shù)為光斑直徑約2.5mm，激光功率1.7~2kW，掃描速度5~7mm/s，送粉速度2~4g/min，分層厚度0.7mm，道間掃描間距2.0mm，搭接率45%~55%。疲勞試樣分為A、B、C3組，以研究激光沉積槽修復(fù)件的疲勞性能。A組為鍛件基體；B組為退火后試件（600℃/3h），AC去應(yīng)力退火；C組為固溶時(shí)效熱處理后試件（950℃/1h，WQ+550℃/6h，AC）。在槽修復(fù)件靠近疲勞源的斷裂表面截取用于微觀組織觀察的試樣，用金相砂紙打磨、拋光，金相試樣腐蝕采用Kroll腐蝕劑（HF:HNO3:H2O=5:15:80）。拉-拉疲勞試驗(yàn)在MTS-810疲勞試驗(yàn)機(jī)上按GB/T15248-2008進(jìn)行，試驗(yàn)在室溫空氣環(huán)境下進(jìn)行，控制波形為正弦波，應(yīng)力水平為550MPa，應(yīng)力比為0.06。采用OLYMPUS-DP71型光學(xué)顯微鏡觀察微觀組織變化和裂紋擴(kuò)展路徑，JSM-7001F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分析熱處理后斷口形貌，并分析疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展特性。表1激光沉積槽修復(fù)TA15鈦合金拉伸性能Table1RoomtemperaturetensilepropertiesofgroovesampleStateofmaterialsσb/MPaσ0.2/MPaElongation/%Substrate95991316.6LDR+annealing100491614.6LDR+Solution-aging11209975.12結(jié)果與分析2.1激光沉積修復(fù)TA15鈦合金的疲勞性能激光沉積修復(fù)鈦合金疲勞壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示，利用統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)疲勞數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并對(duì)比計(jì)算疲勞壽命。由于“概率密度函數(shù)”常用于疲勞壽命可靠性分析，基體的分散度不大，因此可采用子樣數(shù)據(jù)估計(jì)總體參數(shù)。表2為激光沉積修復(fù)TA15鈦合?
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圖片說明： 第7期許良等：激光沉積修復(fù)TA15鈦合金疲勞性能·1945·圖2TA15合金試樣斷裂后宏觀形貌Fig.2MacroscopicmorphologiesofLDRedTA15alloysamples:(a)annealedand(b)solution-aged圖3TA15合金疲勞斷裂表面形貌Fig.3SEMmorphologiesofLDRedTA15alloy:(a)annealedand(b)solution-aged（圖2）。從圖3可以看出，激光沉積修復(fù)件裂紋起始于修復(fù)區(qū)的氣孔處，氣孔均在試樣內(nèi)部，斷口上有大量散射狀條紋，表明裂紋形成后往試樣四周擴(kuò)展。氣孔的存在加快了疲勞源的萌生和小裂紋的擴(kuò)展，使激光沉積修復(fù)件的疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度比母材低。此外，還可以看出退火態(tài)試樣裂紋擴(kuò)展區(qū)與瞬斷區(qū)的界限比較明顯，瞬斷區(qū)高低起伏（圖3a）；固溶時(shí)效態(tài)斷面比退火態(tài)整體起伏較小，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)的比例增加（圖3b）。圖4為退火態(tài)裂紋源區(qū)不同位置的斷裂形貌。可以看到氣孔附近有尺寸較孝取向不同的α片層，并有許多α/β片層相互垂直（圖4a）。還可以看到沿滑移面的解理斷裂和α/β片層撕裂的綜合形貌，以及許多沿著α/β片層集束的斷裂小平面（圖4b），這是由不同取向的滑移面分離斷裂所致，，斷裂小平面的尺寸與片層集束相當(dāng)，為5~10μm，其敏感尺寸達(dá)到α/β片層集束尺寸組織單元。固溶時(shí)效后，斷裂表面形態(tài)可以清楚地觀察到距疲勞源150μm處有由于晶粒取向不同而形成的撕裂面（圖5a）。當(dāng)裂紋穿過晶界從一個(gè)晶粒擴(kuò)展至另一個(gè)取向不同晶粒時(shí)，裂紋沿著晶粒容圖4退火態(tài)TA15合金疲勞源區(qū)不同位置形貌Fig.4SEMmorphologiesofdifferentregionsnearthemicroporeoftheas-annealedLDRedTA15alloy:(a)α/βlamellarand(b)cleavagefacetsandtearingpattern圖5固溶時(shí)效態(tài)TA15合金疲勞裂紋萌生擴(kuò)展Fig.5SEMmicrographsoffatiguecrackinitiationandpropaga-tionofth
【作者單位】： 沈陽(yáng)航空航天大學(xué);
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51405309) 遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013024011)
【分類號(hào)】：TG146.23;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2515524