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钛合金是航空航天工业中普遍使用的一种重要结构材料,在飞机上的使用量和应用种类更是随着飞机性能的提升而大幅度提高。钛合金承力构件目前广泛采用整体锻造构件,而采用整体锻件,不仅需要研制新的成套装备,而且对于形状复杂的结构,加工时容易出现误差,同时大余量的加工对材料的利用率很低,甚至对于某些新结构的制造越来越困难。钛合金的堆焊成型技术在这种情况下应运而生,堆焊成型对于材料的利用率大大提高,而且堆焊成型在解决复杂结构的精加工问题上优势明显。但是,堆焊成型材料的性能还需要进一步研究,以确保结构的安全性。针对这种情况,课题选取钛合金堆焊材料为研究对象,以氯化钠水溶液模拟材料服役的实际工况,对材料的腐蚀疲劳性能进行研究。 由于腐蚀环境的特殊性,关于腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的测定,目前并没有相关标准给出明确的试验方法:反映应力比R对裂纹扩展速率影响的Walker公式在表达本文材料的裂纹扩展速率时存在困难,难以很好地反映裂纹扩展速率随应力比R的变化规律。针对这些问题,课题搭建了低周腐蚀疲劳试验平台,同时改进了数据测量装置,将用于测定疲劳极限的配对升降法成功引入到腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的测定中;编写计算程序实现了试验数据的大批量快速处理:得到了裂纹扩展速率曲线的Paris公式,并参考相关文献,对反映应力比R影响的Walker公式进行了适当修正,使拟合结果更加贴合实际;利用扫描电镜对试样的断口形貌进行观察,分析了不同应力比下试样断口形貌的微观特征。结果表明: (1)门槛值在f=0.01、R=0.06的条件下,三个取样方向的门槛值大小为:X向>Z向>Y向。X向试样的门槛值最大,达到了13.26MPa√m;Y向门槛值最小,为9.86MPa√m。较低和较高的应力比都会使门槛值出现一定程度的下降,X向试样在R=0.3时的门槛值最高,达到15.79MPa√m。 (2)裂纹扩展速率及数学模型依据大量实验结果,对Walker公式进行修正,建立了反映应力比R影响的数学模型,此模型很好地表达了裂纹扩展的真实情况。应用得到的Walker公式修正形式可以对其他应力比下的裂纹扩展速率曲线进行预测。在同样的应力比0.06下,△K小于35MPa√m时,X向试样的裂纹扩展速率最快;△K大于40MPa√m时,Z取样方向的扩展速率最快。随着应力比的增加,裂纹扩展速率曲线发生向上的移动,即扩展速率加快;并且随着△K的增加,高应力比下的裂纹扩展速率增加的更快。 (3)微观表征高应力比下的试样裂纹会更快地进入到失稳扩展阶段;低应力比下多重开裂特征的交替出现与裂纹扩展a-N曲线中普遍存在的局部“失稳”现象相互印证,表明材料的冶金连续性较差。 腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的得到和裂纹扩展速率数学表达式的建立,为钛合金堆焊材料结构的安全评定以及剩余寿命评估提供了基础数据,同时也为有效腐蚀防护措施的提出和材料工艺的改进提供了参考。