TC4和半TC4均屬于Ti-Al-V系α+β型鈦合金，在室溫平衡狀態(tài)下由α相和少量β相組成。該合金具有較高強(qiáng)度、良好的成型性能和焊接性能，通常用鈦板沖壓加工成薄壁型零件，并經(jīng)過焊接制成飛機(jī)蒙皮及前進(jìn)氣罩帽等構(gòu)件，已在航空航天工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，關(guān)于TC4和半TC4鈦合金的疲勞行為特別是高溫疲勞性能方面的研究則鮮見報(bào)道。基于此，本文主要研究了TC4和半TC4鈦合金板在不同實(shí)驗(yàn)溫度下的高周疲勞性能，總結(jié)了實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)不同軋制方向的TC4和半TC4鈦板高周疲勞性能的影響規(guī)律，并對(duì)兩種鈦合金在不同溫度下的高周疲勞性能進(jìn)行了比較，以期為兩種鈦合金板在航空工業(yè)中的可靠應(yīng)用以及在相關(guān)結(jié)構(gòu)件的抗疲勞設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)。

 

實(shí)驗(yàn)所用材料為TC4和半TC4鈦板，其厚度為5mm。將TC4鈦板分別沿著平行于軋制方向(LD方向)和垂直于軋制方向(TD方向)加工成標(biāo)距長(zhǎng)度15mm、寬度7mm、厚度5mm的疲勞試樣。為去除機(jī)械加工劃痕，確保試樣標(biāo)距及過渡弧部分的光潔度，采用不同粒度的砂紙對(duì)試樣標(biāo)距及過渡弧部分進(jìn)行磨光。所有疲勞試驗(yàn)均在最大加載能力為±50kN的PLD-50型電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。采用軸向拉-拉應(yīng)力控制模式，應(yīng)力比R=0.1。實(shí)驗(yàn)環(huán)境為實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)空氣介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)溫度分別為25(室溫)、200和300℃。所采用的波形均為三角波，采用的循環(huán)頻率為10Hz。各個(gè)實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行至試樣斷裂時(shí)為止，且以斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的循環(huán)周次作為相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下的疲勞壽命。

 

研究人員采用鋼丸和陶瓷丸在不同的噴丸工藝參數(shù)下對(duì)TC4鈦板進(jìn)行噴丸處理，研究了不同噴丸工藝參數(shù)對(duì)其表面形貌、表面塑性變形程度、殘余壓應(yīng)力場(chǎng)和疲勞壽命的影響。結(jié)果表明:

1.當(dāng)兩種彈丸噴丸強(qiáng)化后，TC4鈦板的疲勞壽命分別可提高10倍和20倍以上。

2.與鑄鋼彈丸相比，陶瓷彈丸噴丸強(qiáng)化后TC4鈦板表面的起伏程度變化不大，但同樣能有效地覆蓋加工刀痕；

3.隨著噴丸壓力增大和噴丸時(shí)間延長(zhǎng)，試樣表面的累積塑性變形量先快速增大后趨于飽和；鑄鋼噴丸的密度大、沖擊力大，故其在試樣表面產(chǎn)生的累積塑性變形量大于陶瓷彈丸；

4.當(dāng)噴丸壓力達(dá)到0.25MPa、鑄鋼彈丸噴丸時(shí)間大于40s或陶瓷彈丸噴丸時(shí)間大于80s時(shí)，最大殘余壓應(yīng)力可達(dá)到610MPa，殘余壓應(yīng)力場(chǎng)深度超過250um；

5.當(dāng)噴丸壓力低于0.15MPa或陶瓷彈丸噴丸時(shí)間小于40s時(shí)，殘余壓應(yīng)力隨深度的增大逐漸降低，最大殘余壓應(yīng)力出現(xiàn)在表層；增大噴丸壓力或延長(zhǎng)噴丸時(shí)間后，殘余壓應(yīng)力值隨深度的增大呈先增加后減小的變化規(guī)律，最大殘余壓應(yīng)力值出現(xiàn)在材料表層以下的次表層。