TC4和半TC4鈦合金在化學(xué)成分上的主要差異是α相穩(wěn)定元素Al的含量不同，其中TC4鈦合金的Al含量約為6%，而半TC4鈦合金的Al含量則為3%左右。作為一種航空結(jié)構(gòu)材料，各種類型的疲勞失效是其在服役期間的主要破壞形式之一。因此，人們針對鈦合金的疲勞行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，確定了顯微組織、加工處理等因素對一些商業(yè)化鈦合金的疲勞性能及疲勞斷裂行為的影響規(guī)律。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，通常用板材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材在航空工業(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)。

 

相同的最大循環(huán)應(yīng)力下，平行于和垂直于軋制方向的TC4和半TC4鈦合金板的高周疲勞壽命均隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高而降低；實(shí)驗(yàn)溫度越高，平行于和垂直于軋制方向的TC4和半TC4鈦合金板材的疲勞極限則越低。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度相同時，在相同的最大循環(huán)應(yīng)力下，平行于和垂直于軋制方向的半TC4鈦合金板材的疲勞壽命均高于TC4鈦合金板材；不同實(shí)驗(yàn)溫度下，半TC4鈦合金板材的高周疲勞壽命和疲勞極限均明顯高于相同軋制方向的TC4鈦合金板材。

 

實(shí)驗(yàn)所用材料為TC4和半TC4鈦板，其厚度為5mm。將TC4合金板材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。各個實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行至試樣斷裂時為止，且以斷裂時所對應(yīng)的循環(huán)周次作為相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下的疲勞壽命。