TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳性能研究

针对航空发动机压气机叶片复杂载荷环境下的超高周疲劳问题,开展了TC4钛合金三点弯曲超高周疲劳试验,研究其在弯曲加载下的超高周疲劳破坏行为。疲劳试验结果表明：在两种应力比（R=0.3、0.5）下,当循环次数超过107次时,试件仍发生疲劳断裂,S-N曲线均呈现双线性特征;SEM断口分析表明,随着最大应力的降低,裂纹萌生位置由试件表面向次表面转移,疲劳裂纹萌生是表面滑移和内部解理断裂之间相互竞争的结果;基于疲劳寿命建立模型分析了应力比对2种裂纹萌生机制之间竞争行为的影响。采用红外热像仪监测试件表面的温度,高周疲劳试件的温度变化分为四个阶段：稳定升高、稳定降低、快速升高和快速降低阶段,而超高周疲劳试件的温度变化分为三个阶段：稳定升高、快速升高和降低阶段。最后,阐述了疲劳过程中热产生和传热的特点,并分析了温度变化与应力分布的关系。     

碳纤维树脂基复合材料三点弯曲超高周疲劳实验研究

开展了碳纤维树脂基复合材料三点弯曲超高周疲劳实验,对比了无冷却、间断加载、压缩冷空气及液氮四种冷却方式,并利用红外热像仪对试件的温度进行监控,研究了碳纤维树脂基复合材料在超声频加载下的热效应。结果表明:碳纤维树脂基复合材料在超声频加载时会产生明显的温升现象,并对其弯曲模量及谐振频率产生较大影响,严重时甚至会出现试件烧蚀现象;采用液氮冷却可保证试件在超声加载过程中温度不超过其玻璃态转化温度;当应力循环次数超过10~7时试件在超高周范围仍会发生疲劳破坏,破坏形式包括分层、基体开裂两种。     

热处理工艺对TC4钛合金组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计和拉伸试验机等手段研究了不同热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明:热处理工艺对TC4钛合金的晶粒形态、尺寸和各相占比产生很大影响。经920℃固溶1 h后空冷加530℃时效4 h后空冷获得的双态组织和700℃退火2 h后空冷获得的等轴组织的抗拉强度分别高达986 MPa和987 MPa,且两种组织均具有良好的塑性,经1030℃固溶1 h后空冷加530℃时效4 h后空冷获得的魏氏体组织的抗拉强度低(949 MPa)、塑性差;魏氏体组织的断口SEM照片表现为脆性穿晶断裂为主导,双态组织和等轴组织表现为韧性断裂。魏氏体组织的硬度值最高,等轴组织的硬度值最低,两者的维氏硬度值分别为358 HV0. 1和331 HV0. 1。