Ti40合金是我国针对航空发动机钛结构件在高温、受摩擦条件下易燃问题而研制的一种新型阻燃合金，其名义成份为Ti-25V-15Cr-xSi。全面、系统地认识周期载荷下Ti40合金的疲劳裂纹扩展行为对于航空结构件的损伤容限设计具有重要指导意义。本文以工程应用为背景，对Ti40合金在不同温度、频率和应力比下的疲劳裂纹扩展行为进行了较为系统的研究，揭示了合金疲劳裂纹扩展的现象和规律，分析了不同载荷条件影响Ti40合金疲劳裂纹扩展行为的本质原因，主要取得的研究结果如下： 1.在室温～600℃范围内，随温度升高，Ti40合金疲劳裂纹扩展速率增大；Paris公式中的常数C值增加，m值降低；不同温度下的裂纹扩展曲线在△K为45.5MPa√m和裂纹扩展速率为1.85×10-3mm/cycle时相交于一点。该点是Ti40合金疲劳裂纹扩展机制同时由不完全韧性扩展机制向完全韧性扩展机制转变的过渡点。 2.温度对Ti40合金疲劳裂纹扩展行为的影响主要源于温度对其弹性模量、屈服强度、韧性值的影响和合金裂端区的氧化。从室温到300℃，随温度升高，Ti40合金的屈服强度和弹性模量降低而断裂韧性升高，从而导致疲劳裂纹扩展速率变化不明显；而从300℃～600℃，随温度的升高氧化加剧，使合金疲劳裂纹扩展速率呈现显著升高的趋势。Ti40合金的表观激活能随温度升高而增大，但500℃以后表观激活能的变化很小，表明500℃可能是Ti40合金一些性质(比如热力学方面的性质等)发生变化的转折点。 3.Ti40合金的组织特征无法为其疲劳裂纹扩展提供明显的阻力作用，但在物理性能和力学性能上的优势使得Ti40合金在室温下的裂纹扩展速率低于具有片层组织的β21S合金；但与各种退火状态下具有片层组织的Ti6Al4V合金相比，Ti40合金的物理和力学性能不占有明显的优势，因此裂纹扩展速率高于Ti6Al4V合金。高温下Ti40合金易于氧化，因此600℃下Ti40合金的裂纹扩展速率还略快于650℃下β21S的裂纹扩展速率。 4.频率越小，Ti40合金的疲劳裂纹扩展速率越大。不过在室温下，当△K≤15MPa√m时，频率从1Hz到20Hz裂纹扩展速率变化很小；当△K≥15MPa√m时，在频率为1Hz的附近，表现出的是周期—时间相关性，受频率的影响明显，在10Hz、20Hz附近，表现出的是周期相关性，对频率的变化不敏感。500℃时，在△K≥10MPa√m时，f=1Hz的裂纹扩展速率明显高于f=10Hz的裂纹扩展速率。 5.室温下，频率对Ti40合金裂纹扩展速率的影响主要和取决于裂纹尖端载荷方向上应变幅或粘-塑性应变幅的大小。频率越低，相同△K下应变幅或粘—塑性应变幅越大，裂纹扩展速率就越高。500℃时，氧化成为频率影响Ti40合金裂纹扩展行为不可忽略的因素。低的频率会导致裂纹尖端区域在环境中的暴露时间增加，渗氧层中的氧化物钉扎了位错的移动，使裂端部位材料的屈服强度升高。高的屈服强度使得在应力变化幅相同时，应变幅或粘—塑性应变幅度降低，从而当频率从10Hz降到1Hz时裂纹扩展速率增大值与室温相比变小，即Ti40合金在高温时裂纹扩展速率对频率的敏感性与室温相比减弱。 6.应力比对疲劳裂纹扩展行为的影响在于不同应力比对裂纹尖端区域应力场的影响不同，而表征裂纹尖端应力场的参数△K和Kmax对裂纹扩展速率的贡献是不同的。对Ti40合金而言，应力比在0.1到0.5范围内变化时，△K和Kmax共同控制着裂纹的扩展，但△K对裂纹扩展速率的影响更大；当应力比增加到0.8以上时，Kmax是导致Ti40合金裂纹扩展的关键因素。 7.发现了室温下裂端“反向塑性区”不存在的现象，和K.Sadananda等人用理论推出的结论相同。表征控制Ti40合金疲劳裂纹扩展机制的“轨迹图”中的曲线特征和其它钛合金相似，只是Ti40合金的轨迹线向Kmax*轴偏转得更强烈些，暗示了Ti40合金在疲劳裂纹扩展过程中更易受到氧化腐蚀的影响，裂纹以刻面机制进行扩展的时间更长的特性。这和试验结果完全相符。