熱等靜壓處理的鑄造TC4鈦合金組織與性能研究.pdf

1、經過幾十年的研究與開發(fā)，T1-6Al-4V（TC4）鈦合金已是目前世界各國航空工業(yè)中使用最廣泛的一種鈦合金，但隨著航空運輸業(yè)的不斷發(fā)展，特別是新型民用渦扇支線飛機的出現，使我國TC4鈦合金面臨冶金技術相對落后，性能數據特別是疲勞性能數據不全的問題。因此有必要對TC4鈦合金進行再深入的研究，以滿足渦扇支線飛機選材和民用飛機適航審查的要求。 本文采用室溫拉伸、室溫壓縮、疲勞裂紋擴展以及晶間腐蝕等試驗和金相組織觀察、斷口掃描等分析方法

2、，在對HZTC4鈦合金常規(guī)力學性能和金相組織研究的基礎上，主要對其細節(jié)疲勞強度截止值DFRcutoff、疲勞裂紋擴展速率da/dN等性能進行了分析和研究，研究結果如下： HZTC4鈦合金金相組織是由α、β層片以及晶界α相組成的粗大片狀組織，組織比較致密，但晶粒十分粗大，晶粒度等級高達-1級。 HZTC4鈦合金的拉伸和壓縮試驗結果顯示：其拉伸力學性能指標雖符合我國國家軍用標準《鈦及鈦合金熔模精密鑄件規(guī)范（GJB2896

3、-1997）》的要求，但其力學性能值分散度較大。而與拉伸試驗結果相比，HZTC4鈦合金壓縮力學性能指標的分散度要小得多，相對誤差最大僅為4．1%。 通過對HZTC4鈦合金拉伸和壓縮試樣斷口的掃描電鏡觀察，發(fā)現其拉伸試樣的宏觀斷口沒有明顯的塑性變形，屬于準解理斷裂。裂紋起源于板形試樣的心部；放射區(qū)以準解理斷裂為主，在最后瞬斷區(qū)可見少量的二次裂紋和較淺的韌窩。而HZTC4鈦合金的壓縮宏觀斷口有明顯的撕裂痕跡，斷面傾斜成45°角，具有

4、切斷的特征。而其微觀斷口形貌呈現準解理斷裂的特征，放射區(qū)以解理臺階以及河流花樣為主，同時還可以看到大二次裂紋，最后瞬斷區(qū)可見較淺的剪切韌窩。 介紹了DFR法的相關概念及理論依據、試驗數據的結構疲勞可靠性壽命處理方法，并采用雙點法和單點法測定了HZTC4鈦合金的細節(jié)疲勞額定強度截止值DFRcutoff，試驗結果準確有效，可為新型渦扇支線飛機的各種構件的疲勞設計和壽命評估提供數據支持。 疲勞裂紋擴展速率試驗結果表明，當應力比

5、R>0時，HZTC4鈦合金疲勞裂紋擴展門檻值△Kth隨R的增大而線性減小；擬合出的不同應力比下的裂紋擴展速率da/dN和應力強度因子幅△K之間的關系曲線表明，在給定的AK下，da/dN隨著R的增大而增加，符合Zheng-Hirt公式。同時，本文還獲得了HZTC4鈦合金的疲勞裂紋擴展速率的Paris公式和Warkor公式的具體表達式。 金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對HZTC4鈦合金疲勞裂紋擴展機理研究表明，在片狀（α+β）組織中，疲