利用常規(guī)疲勞試驗方法獲得TA11合金在不同溫度,不同應力比下的3×10⁷及1×108超高周疲勞極限,并采用三參數冪函數法獲得合金超高周疲勞中值S-N曲線及其描述方程。研究發(fā)現:與傳統(tǒng)1×10⁷疲勞極限相比,TA11合金的超高周（3×10⁷及1×108）疲勞強度表現出繼續(xù)降低的趨勢,這一趨勢在負應力比（R=-1）下不太明顯,在正應力比（R=0.1,0.5）下十分顯著,并且室溫下的降低幅度大于高溫下的降低幅度;斷口分析表明,室溫下TA11合金試樣的超高周疲勞裂紋均萌生于表面,高溫下TA11合金試樣的超高周疲勞裂紋萌生方式與應力比有關,R=-1和0.1時疲勞裂紋萌生于表面,R=0.5時疲勞裂紋萌生于內部;TA11合金試樣的表面狀態(tài)是導致其疲勞壽命分散的主要原因。 

【文章來源】：航空材料學報. 2017,37(03)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

TA11合金組織形貌(a)橫截面;(b)縱截面

i-8Al-1Mo-1V(質量分數/%)，相變點為1030～1040℃。棒材由經過三次真空自耗電弧爐熔煉的鑄錠熱鍛而成，熱處理制度為910℃/1h空冷+580℃/8h空冷。在成品棒材上切取試樣，經磨拋腐蝕后，對棒材的橫、縱截面進行高、低倍觀察。棒材低倍組織未發(fā)現裂紋、夾雜、偏析、縮孔、氣孔和其他冶金缺陷，棒材橫截面為均勻的等軸α相，縱截面為均勻拉長的α相，晶間為少量的β相。橫、縱截面高倍組織形貌見圖1。圖1TA11合金組織形貌(a)橫截面;(b)縱截面Fig．1MorphologiesofTA11alloy(a)crosssection;(b)longitudinalcrosssection圖2疲勞試樣形狀及尺寸圖Fig．2Dimensionsofspecimenusedinfatiguetests沿棒材縱向切取圓柱形毛坯，精加工成疲勞性能測試試樣，試樣形狀及尺寸見圖2，試樣加工參照HB5287—1996“金屬材料軸向加載疲勞試驗方法”附錄B疲勞試樣加工工藝進行。超高周疲勞S-N曲線的測定嚴格按照HB5287—1996進行，試驗設備為QBG-500型高頻疲勞試驗機，試驗溫度分別為室溫、300℃和400℃，每種試驗溫度選擇Ｒ=－1，0．1，0．53個不同應力比進行試驗，加載波形為正弦波，加載方向為軸向，試驗頻率為90～125Hz，不同試驗條件試樣數量為30根，室溫下最長試驗周次為1×108，300℃和400℃下最長試驗周次為3×107。首先采用升降法求得材料的超高周疲勞極限，再以該疲勞極限為最低應力水平，采用成組試驗法得到S-N曲線，然后按照HB5287—1996中推薦的解析法對不同條件下的疲勞試驗數據進行描述，得到單條S-N曲線。2結果與分析2．1中值S-N曲線方程的確定圖3～5顯示不同溫度，不同應力比下的TA11合金超高周疲勞試驗結果。圖中黑色箭頭表示使用升降法測試超高周疲勞極限時該試樣達到1×108或3×107周次未發(fā)生斷裂，箭頭后面?

第3期TA11鈦合金超高周疲勞行為圖3TA11合金室溫超高周疲勞中值S-N曲線Fig．3VHCFS-NcurvesforTA11alloyatroomtemperature圖4TA11合金300℃超高周疲勞中值S-N曲線Fig．4VHCFS-NcurvesforTA11alloyat300℃圖6(b)，7(b))。研究認為［15-16］，在鈦合金中，α相為密排六方結構，β相為體心立方結構，β相滑移系較多，在低應力幅下，滑移首先由β相開始，在兩相界面形成位錯堆積，產生局部應力集中，從而導致裂紋在晶界或相界萌生。同時也說明，對于TA11合金，在300℃和400℃，Ｒ=0．5試驗條件下，3×107壽命區(qū)試樣表面所受剪切應力難以促使表面開裂，此時，試樣內部產生局部應力集中，導致裂紋萌生。圖5TA11合金400℃超高周疲勞中值S-N曲線Fig．5VHCFS-NcurvesforTA11alloyat400℃合金在300℃，400℃，Ｒ=－1，0．1等試驗條件下，疲勞裂紋均起始于試樣表面，呈現單源或多源特征(見圖8)，近3×107周次斷裂試樣斷口未呈現Ｒ=0．5時的“魚眼”特征，其原因可能是在較低應力比下，3×107壽命區(qū)試樣內部應力集中尚不足以促使裂紋萌生，表面在剪切應力作用下萌生裂紋依然是試樣疲勞斷裂的主要方式。綜上可知，高溫下TA11合金的超高周疲勞(3×107)裂紋萌生方式與應力比有關。當Ｒ=－1和0．1時，裂紋萌生于試樣表面，試樣的表面狀態(tài)對超高周疲勞壽命的影響更大;當Ｒ=0．5時，裂紋萌生于試樣內部，斷口形貌呈現“魚眼”特征，材料內部的局部應力集中是導致疲勞裂紋萌生的主要原因。通過對合金在室溫下不同應力比的疲勞斷口形貌進行觀察發(fā)現，與300℃和400℃的情況不同的是，室溫下不同應力比的試樣疲勞裂紋均萌生于表面(見圖9)，這說明，在室溫，最長試驗壽命1×108條件下，TA11合金試樣的疲勞裂紋萌生方式與載荷?

【參考文獻】：
期刊論文
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