TC21鈦合金損傷容限性能研究.pdf

1、TC21鈦合金是一種新型的損傷容限型兩相（α+β）鈦合金，在高性能航空及航天飛行器結(jié)構(gòu)件制造中有著巨大的應(yīng)用前景。為了適應(yīng)飛機(jī)損傷容限設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的要求，必須對(duì)其損傷容限性能進(jìn)行研究。斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展速率和裂紋擴(kuò)展門檻值是表征損傷容限性能的重要指標(biāo)，尤其是微觀組織對(duì)損傷容限性能的影響，值得開(kāi)展深入的研究。本文針對(duì)TC21鈦合金斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展速率及裂紋擴(kuò)展門檻值的定量模型進(jìn)行研究。主要工作如下： 首先，根據(jù)斷裂力學(xué)的基本理論，在

2、線彈性條件下將四個(gè)常用的斷裂判據(jù)之間的關(guān)系聯(lián)系了起來(lái)。通過(guò)定量金相技術(shù)測(cè)量了不同熱處理制度下得到的網(wǎng)籃組織的特征參數(shù)。在分析特定組織參數(shù)對(duì)TC21鈦合金的斷裂韌性影響的基礎(chǔ)上，建立了TC21鈦合金斷裂韌性依賴于其網(wǎng)籃組織α相寬度、α束域?qū)挾群筒牧蠀?shù)的數(shù)學(xué)模型，將為先進(jìn)鈦合金的創(chuàng)研和工業(yè)應(yīng)用提供寶貴的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)借鑒。 其次，由于疲勞壽命公式是構(gòu)件損傷容限設(shè)計(jì)、疲勞壽命估算的主要依據(jù)，且可由疲勞裂紋擴(kuò)展速率公式通過(guò)積分變換得到

3、。因此，選擇合適的疲勞裂紋擴(kuò)展速率公式是對(duì)構(gòu)件進(jìn)行損傷容限設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。針對(duì)TC21鈦合金的裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)，選擇能夠同時(shí)描述裂紋擴(kuò)展三個(gè)階段的模型，采用最小二乘法和回歸分析擬合得到模型中的參數(shù)，為該合金構(gòu)件的損傷容限設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 最后，在損傷容限設(shè)計(jì)中另一個(gè)不可或缺的參數(shù)是裂紋擴(kuò)展門檻值。各種各樣的裂紋閉合機(jī)制，如：裂紋偏轉(zhuǎn)引起的閉合效應(yīng)、粗糙度引起的閉合效應(yīng)、裂紋尾跡塑性引起的閉合效應(yīng)及氧化物引起的閉合效應(yīng)等，是影響裂紋擴(kuò)展門檻