缺口根部半径对Ti-55531合金多层次片层组织高周疲劳性能和裂纹萌生行为的影响
贵州大学黄朝文教授课题组前期研究发现,除显微组织外,应力或应变参数的改变,也显著影响钛合金的高周(Int. J. Fatigue., 2017,94:30-40.; J. Alloy. Compd., 2017,695:1966-1975; Mater. Sci. Eng. A, 2017,682:107-116.)和低周拉压疲劳(Mater. Sci. Eng. A, 2021,803:140505.; Int. J. Fatigue, 2022,156:106678.)的循环变形、裂纹萌生机制及疲劳寿命。但组织和缺口参数对钛合金高周疲劳损伤的协同影响机制尚不明晰。另外,片层组织是钛合金的典型服役组织,具有类似片状马氏体的多层次特征,依据尺寸从大到小依次可划分为:第一层次(原始β晶粒);第二层次(原始β晶粒内的α集束);第三层次(α集束内平行排列的α片)。不同层次组织对合金的强塑性、韧性有显著影响(Mater. Des., 2019, 180, 107898; Mater. Sci. Eng. A, 2019, 740-741, 121-129; J. Mater. Sci., 2021, 56, 8848-8870),但其对疲劳损伤影响机制也尚不清楚。因此,结合钛合金多层次片层组织特征和实际构件含缺口(如轴肩、键槽等)的现象,本文设计了R= 0.75、0.34 和0.14 mm三种不同缺口根部半径试样;系统研究了不同组织层次和不同缺口根部半径对Ti-55531合金高周疲劳损伤微观机制的协同影响规律;阐明了显著影响缺口根部循环塑性变形的关键组织单元和相关的循环变形机制等。此外,采用ANSYS有限元方法,模拟研究了缺口根部应力和应变分布,进一步验证了疲劳实验分析的准确性(图1)。主要结论如下:
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