多轴复杂应力形式下TB6高强钛合金耳片的微动疲劳断裂研究

孔焕平^1,2,3,4，姜涛^1,2,3,4，刘昌奎^1,2,3,4，应少军⁵，赵凯^1,2,3,4

1. 中国航发北京航空材料研究院2. 航空材料检测与评价北京市重点实验室3. 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室4. 材料检测与评价航空科技重点实验室5. 中国航空工业昌河飞机(集团)有限公司

摘 要：本实验研究了TB6高强钛合金在拉-扭多轴应力条件下的微动疲劳断裂机理,并结合宏微观观察、残余应力测试、计算机模拟分析了不同工艺条件的耳片在拉-扭疲劳试验应力下的微动疲劳寿命差异,研究了微动疲劳裂纹的萌生及扩展特性,揭示了耳片裂纹萌生机制。结果表明:二次挤压耳片的断口扩展区面积比例较大,说明其拉-扭疲劳扩展更为充分。经二次挤压后,耳片的拉-扭微动疲劳总寿命得到延长,且裂纹萌生寿命均占总寿命的95%以上;二次挤压后耳片的裂纹萌生驱动力较低,呈现较高的裂纹萌生抗力。各断口均起源于耳片内孔微动磨损印迹较重处,大面积连续片状的微动磨损印迹表明二次挤压后的钛合金微动疲劳敏感性大大降低。经挤压强化后,孔壁形成了较高幅值的残余压应力层和组织强化层,可以有效地抑制裂纹的萌生和扩展。耳片内孔微动磨损层的形成是机械诱导机制和热诱导机制共同作用的结果,其最终磨损形式为疲劳磨损。

关键词：多轴复杂应力;微动疲劳;裂纹萌生抗力;微动磨损;疲劳磨损;