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Ti2AlNb 合金孔挤压加工残余应力仿真与疲劳实验

2021-08-18王彦菊沙爱学李兴无

航空材料学报 2021年4期
关键词:裂纹有限元实验

王彦菊,王 欣,沙爱学,李兴无

(1.中国航发北京航空材料研究院 应用评价中心,北京 100095;2.中国航发北京航空材料研究院 表面工程研究所,北京 100095)

Ti2AlNb 合金隶属于三大Ti-Al 系金属间化合物(γ-TiAl、α2-Ti3Al、O-Ti2AlNb)之一,具有良好的高温力学性能、高比强度、较好的高温抗蠕变、抗钛火等性能,在航空航天高温部件上得到越来越多的应用[1-3]。然而,Ti2AlNb 合金的典型特征是缺口敏感性强,应用于航空发动机部件,不可避免地需要加工一些螺栓孔、配合孔、安装孔等结构,这些孔结构存在明显的应力集中,是部件实际服役中容易产生疲劳断裂失效的部位。Ti2AlNb 合金部件使用中需要有足够的高温低周疲劳性能[4-6],孔挤压强化是提高带孔零件疲劳性能的重要手段之一[7],研究其对Ti2AlNb 合金疲劳性能的影响对于Ti2AlNb合金在航空航天高温部件上的推广应用具有非常重要的意义。

孔挤压强化工艺是采用直径大于孔径的挤压芯棒,表面润滑后以一定的速度穿过孔结构,使得孔结构处的材料发生弹塑性变形。其原理是在孔结构的周边引入残余压应力,残余压应力的存在会使得小裂纹闭合,裂纹的扩展速率减慢,同时改善孔边应力集中,从而大幅度提升孔结构的疲劳寿命。孔挤压强化也会使材料微观结构发生变化,如增加位错密度、产生胞状位错缠结等,从而阻碍晶体滑移,起到提高疲劳寿命的效果[8-9]。目前,国内外在孔挤压强化工艺提升材料疲劳性能方面做了大量的研究[10-14],但相关研究也发现,孔……

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