张 海，欧阳瑞洁，张永红，姜玉恒

(兰州空间技术物理研究所,兰州 730000)

0 引言

TC4钛合金作为一种α+β型钛合金，具有较高的比强度和比刚度、优良的蠕变和疲劳性能、良好的耐腐蚀性等优点，在航空航天及其他工业领域应用日益广泛[1-5]。作为某型号推进分系统供气装置的钛合金气瓶，其为球形结构，采用TC4钛合金加工焊接而成，直径SR625 mm，基础壁厚1.3 mm。该气瓶加工焊接成型后进行疲劳试验，疲劳试验时，气瓶内部充3 MPa水压，在进行12次充放压后，气瓶壳体发生开裂失效，未达设计指标疲劳次数20次的要求。

1 宏观形貌分析

气瓶的开裂区域宏观形貌见图1，气瓶的开裂位置位于其中的一个半球母材上，裂纹中部张口较大。解剖后气瓶宏观形貌见图2，裂纹长约500 mm，裂纹附近气瓶表面呈亮灰色、无腐蚀及机械损伤痕迹；裂纹中部存在1处长约90 mm的平断口区(对照图1解剖前开裂位置形貌，平断口位于裂纹中部开口最大区域)，其他区域断面均为45°斜断口。

图1 爆破气瓶的宏观形貌

图2 分解后断口形貌

采用机械方法将平断口区域分解下来进行观察，平断口源区位于外表面，为线源起裂，源区及附近扩展区略粗糙、可见反光小刻面；其他扩展区较平坦、细腻，形貌见图3。以上观察结果表明，平断口区域为首先开裂区域，斜断口区域为扩展区。采用游标卡尺对首先开裂区域壁厚进行测试，随机测试3个点，壁厚分别为1.30,1.31,1.32 mm，平均壁厚1.31 mm，满足设计要求。

图3 断口宏观形貌

2 微观形貌分析

将断口置于扫描电镜下进行微观形貌观察。……