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1、第36卷第9期舎 入学奴Vol.36 No.92 000 年 9 月ACTA METALLURGICA SINICASeptember 2 0 0 0显微组织对TC11合金高温保时疲劳敏感性的影响周义刚曾卫东_（西北工业大新科料学与工程学兜鬲安710072）M II 詳细研究了尊轴.三态、网篮二种组织对TC11合金(Ti-65AJ-35Mo-l5Zr-03Si)520匕高温保时疲劳敏朋性 的形响.结果表明.当在毎次循环峰值保时3 min时.三种显微组织的TC11合金均呈现殘劳寿命显著下犀，其中等轴组织下降 量大.三态组织其次.网篮组织竝小.SEM和TEM现察显示.尊轴和三态组织的保时敏怎性是以
2、大理斷裂和车績状平 面滑移为梵斷製特征且產解理斷製和甲面滑移隨尊粘a相减少而减少；两篮组织呈現出循环断製和三维位常网.本文引用位错 切过Q3 H粒的模讯对平面滑移作了解释.应用蚂变机制分析了三种組织对保时疫劳敏矽性的影响.关” TC11含色、竽时疲为 聖理斷裂:平面滑哥中图法分嘉 TG14 7 云标 jR A文 M号 0412-1961(2000)09 - 0897 - 05tewTHE INFLUENCE OF MICROSTRUCTURE ON DWELL SENSITIVITY OF FATIGUE IN Ti-6.5Al-3.5Mo-l.5Zr-0.3Si ALLOYZHOU Yiga
3、ngf ZENG WeidongCollege of Material Science and Engineerings Northwestern Polytechnical University、Kiac 710072 Correspondent: ZHOU Yigang, professor, Tel: (029)8493939, Fax: (029)8491000, E-mail: Zengwd&nwpu. edu. cnManuscript received 2000-03-02, in revised form 200006-12ABSTRACT The fatigue behavi
4、our of titanium alloy TiH.5Al-3.5Mo-L5Zr-U.aSi (TC11) was examined at 520 V to study the effects of microstructural variation (equiaxed, tri-modal and basketweave microstructure) on the dwell sensitivity. It was found that when a three-minute dwell time was imposed at the peak of each cycle a signif
5、icant fatigue life reduction was observed for all microstructurea tested. Among the three microstructures, equiaxed microstructure shows the largest fatigue life reduction. Basketweave microstructure has a little higher dwell-time fatigue life than tri-modal microstructure and has the best fatigue-c
6、reep life. Extensive SEM and TEM obeervationfi show that the fractures for equiaxed and tri-modal microstructures are characterized by extensive quasi-cleavage facets and planar slips with track-like dislocations. The amount of quasi-cleavage facets and planar slips decrease with the decrease of the
7、 alpha phase percentage. While the fracture for basketweave microstructure was characterized by cyclic cleavage and dislocation networks. The planarity of dislocation slip was interpreted by a model based on the mechanism of dislocations shearing ctj particles KEY WORJDS TC11 titanium alloy, dwell t
8、ime, quasi-cleavage facet, planar slip从钛合金用于制造喷气发动机压气机盘件以来，其保 时疲劳救療性一直是人们关注的焦点卩，因为盘件是在 疲劳-端变应力交互作用下工作的.保时疲劳救余性受 诸多因素形响.如工作温度、构件戴面尺寸、裁荷水 平、应力双轴性,织构取向等.其中显微组织是重 要形响因素之一.目前，世界各国主更研究TA6AZV, IMI685, Ti-6246昼微组织对高溫保时疲劳敏感性的形收到初積日期：2000-03-02,牧到修改詹日期：2000-06-12 作音简介：問义別.男.1930年生，教覆响，尤其前两者居多山.在国内，TC11合金已用于制
9、淮多种发动机压气机盘，但迄今很少见到关于显徽组织对 保时疲劳敏感性研究的报道（5-6本文的实验结果可补 充以往研究的不足.1实監方法原材料为TC11合金环坯.化学成分（质St分数.%）为：A1 6.5, Mo 3.42, Zr 1.65, Sf0.2& Fe 0.056, C 0.0013, N 0.C07, H 0.005.相变点 1002 t?.为了比较三种不同显微组织对保时疲劳敏感性的形9期周义刚尊：显微组织对TC11合金奇温保时疲劳敏感性的彬响#肩采用三种锻造工艺模锻成外臣为500 mm的三种组 织的盘件：960 C常规锻造的盘件为等轴组织（图la、 990 近&飯造为三态组织（图lb
10、）, 1020 V 0锻造为 网篮组织（图1C）.S 1常规、近0与M股适的显傲组织Fig.l Optical micros true t tires developed by conventiona forging, near beta forging and beta forging(a) equiaxed microstructure developed by conventional forging (b) tri-modal microstructure developed by near beta forging (c) basketweave microetructure dev
11、eloped by beta forging沿盘件弦向戲取试样.试样直径6 mm.标距长 42 mm.保时循环实验是在改进的MM 3 TA高温疲劳实 验机上进行的.高温保时疲劳实验温度520 V.梯形波加 载.频率为0.33 Hz,按照三种显微组织的应力承载范围.oTri-modal nondwellQ Baskeweave.dweft*eO o800B 700| 6005004001 10 100 1000M. 103cycS 2:种组纽在保时和非保时条件卜的疲劳寺命Fig2 Fatigue lives of TC11 alloy with three microstructuresunde
12、r dwell time and no-dwell time conditions从图3三种组织对应的应变-时间曲线可以看出. 停紬组织的应变积累率和应变水平均比三态和网篮组织 高.在相同循环应力条件下.网篮组织的应变积累最小.2.2断观察在等轴组织的疲劳源区中冇大蜀准解理平面.疲劳条S 3三种组织在Sg”n600 MPa时的应变积累曲线Fig.3 Totl strain accumulation for three micrORtructures at Sm=600 MPa纹和二次裂纹较少（图4a）;在裂纹扩展区，断裂模式由 准解理断裂斯变为空嗣形核的韧禽断裂（图4b）.三态组 织疲劳源区也
13、以准解理为主.兼有循环解理持征（图4c）. 网篮组织疲劳源区为典型的循环解理断裂（图4d）.2.3位繪形読疲劳-端变交互作用下爭轴组织的位错结构有二 种：一-种是分齐于a晶界（图5a）和亚品内（图5b）的 车橄状平面位错结构.出现这种结构与保时疲劳过程寿命 显著降低紧密梅关【叫另一种是亚晶或胞状位错结构（图 5c）.这意味着等轴组织的端变积累在保时疲劳过程中起 苕匝要作用、而在三态组织中、等轴晶內同样以车辙状 平面位错为主要待征.但滑移带间距变宽.车務模糊，三 态组织中条状a的位错结构与网篮组织一样.为相互缠 结的位错网（ffl 5d）.3讨论Song和Hoeppner认为、保时疲劳条件下准解理断 裂儿率的增多是与出现平面滑移有关，理由是疲劳裂纹 扩展第一阶段是沿彗（0001）滑移带断裂的、且裂纹尖端 应力场与开裂面为共面，从而导致位错平面化【W.这与 本文图5发现车辙状平面滑移是在等轴和三态组织中的 等轴。内的主要位错持征一致的.刘素黄等研究的TCU合金500芒应力热尿露 得到与本文类似的平面滑移位惜持征.Q2相体积分数增 加时位错不是绕过而是切过颗粒，位错切过3颗粒9期周义刚尊：显微组织对TC11合金奇温保时疲劳敏感性的彬响#9期周义刚尊：显微组织对TC11合金奇温保时疲劳敏感性的彬响#S4三种组织的SEM廉片Fig.
