针对TC18钛合金冲击缺口敏感性的研究
- 发布时间：2013/1/8 16:08:43
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TC18为一种新型α＋β双相钛合金，名义成分Ti-1-5Mo-5V-1Cr-lFe，不仅具有普通钛合金的特性，而且还具有良好的韧性和淬透性，淬透深度可达250mm，因此被广泛应用于制造飞机起落架等承重承冲击大型结构件，而这些构件因加工制造和应用环境的要求，不可避免地存在各种缺口，如键槽、台阶、螺纹、油孔、刀痕等等。由于缺口的存在，零件受载时便会在缺口处形成应力集中，增加材料的脆化趋势，实际应用中便容易发生突然断裂等高危事故，尤其当零件受冲击载荷时，这种趋势就更明显，而潜在危险性更大。
目前未曾见到针对TC18钛合金冲击缺口敏感性的研究报道，本研究旨在对TC18钛合金零件的设计加工，为提高结构件可靠性提供数据依据，将对钛合金在航空领域的应用具有重要的指导意义。
实验采用经双重退火的模锻件材料，双重退火按照国军标GJB3763A-2004进行，在830℃保温2h，炉冷至750℃再保温2h，空冷，然后加热至570℃保温4h，空冷。按照国标GB/T228-1994《金属材料室温拉伸试验方法》测量其室温力学性能；采用D/maxX射线衍射仪进行物相分析，用JXA-8100电子探针和JEM-2100F透射电镜对其显微组织结构进行观察；按照GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验标准，将TC18钛合金加工成55mm×10mm×10mm标准试样，在试样上以慢走丝线切割的方式开不同深度的V型缺口，缺口根部曲率半径r为（0.25±0.025）mm，表面精度Ra不超过1.6μm，缺口深度依次从0.2cm以0.02cm递减至0cm（平滑试样），共11种缺口深度，每种缺口深度试样测试3次，取平均值，得到冲击功Ak，根据冲击功与冲击韧性关系公式（ak=Ak/S，S为缺口处试件的横截面积）计算得到冲击韧性值ak。采用NI500型仪器化摆锤冲击试验机记录带有0.2cm缺口深度标准样冲击过程力与时间以及冲击功与时间的关系曲线，并用JSM-5800扫描电镜对冲击断口进行观察分析。研究结果如下：
试样在冲击中，冲击功与冲击韧性均随缺口深度的减小而增大。平滑试样不发生断裂而只是弯曲变形，冲击韧性值为139.51J/cm2，而缺口深度0.02cm的试样断裂且冲击韧性值仅为77.92J/cm2，故材料对缺口十分敏感。
TC18结构件的制造应尽量避免尖锐的拐角、类似台阶的缺口形状存在，以提高安全系数。