应力决定保载疲劳敏感性的预测方法技术

本发明专利技术公开了一种应力决定保载疲劳敏感性的预测方法，其用于确定钛合金部件的保载疲劳敏感程度，所述预测方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
应力决定保载疲劳敏感性的预测方法


[0001]本专利技术涉及盘件疲劳
，特别涉及一种应力决定保载疲劳敏感性的预测方法
。

技术介绍

[0002]钛合金由于比强度高
、
适用于中高温等特点，广泛用于制造航空发动机的压气机盘
、
风扇盘及其叶片等部件
。
上世纪
70
年代
,RR
公司提供的
RB211
发动机上由近
α
型
IMI685
钛合金制造的风扇盘在服役过程中发生提前失效
。
对事故调查，首次让人们认识到近
α
型钛合金存在的保载疲劳问题，即传统的三角波疲劳测试模式不能正确预测实际工况环境下的寿命水平，而应该利用与实际飞行载荷谱更接近的梯形波
(
在峰值应力下保持一段时间
)
来评价
。
在峰值应力下保持一段时间的梯形波疲劳
,
便称为保载疲劳
。Ti6242
合金被公认为是一种具有保载疲劳敏感性的钛合金材料
。
为解决这一影响航空安全的问题，
GE、PW、RR
等发动机制造商均针对航空发动机用
Ti6242、Ti834
等近
α
型钛合金保载疲劳问题开展了系统的机理分析
、
寿命预测及控制等研究工作
。
研究认为，
Ti6242
的
αr/>相软硬取向间的应力重分配使硬取向上产生额外的附加应力，是保载裂纹产生的主要原因
。
保载疲劳的特征有如下几点：寿命明显低于循环疲劳测试预测的寿命；在
200℃
以下发生严重寿命减低；保载疲劳的裂纹萌生于表面以下，在
(0001)
面发生解理裂纹起源；显微组织中含有
α
集束组织；保载疲劳现象在高应力下明显，且随疲劳峰值应力降低，保载疲劳敏感性降低
。
国外发动机制造商通过大量试验研究工作保障
Ti6242
作为一种重要的高温钛合金仍得到安全应用
。
在制造工艺上通过增加变形功在棒坯和零件的锻造过程应尽量选用可以降低
α
晶粒的工艺参数，控制微织构和
α
集束组织的出现，并在接近
β
转变温度的温度进行热处理使得
α
相的体积分数尽量减小
。
航空界主要采取调整飞行操作规程的措施，降低部件运行过程中的峰值应力水平，以减弱保载效应
。
[0003]保载疲劳会严重影响钛合金零件的使用寿命
。
钛合金保载疲劳性能影响因素众多，既有峰值应力水平
、
保载时间
、
应力比等外在因素的影响，也有合金元素
、
显微组织
、
微织构等合金自身方面的影响
。
保载疲劳实验耗时较长，成本较大
。
在批量生产锻件或调整工艺窗口时，测量盘件各个位置的保载疲劳，得到其敏感性是非常耗时且高成本
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中保载疲劳实验耗时较长，成本较大的缺陷，提供一种应力决定保载疲劳敏感性的预测方法
。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]一种应力决定保载疲劳敏感性的预测方法，其用于确定钛合金部件的保载疲劳敏感程度，所述预测方法包括如下步骤：
[0007]S1、
在所述钛合金部件上选取样品；
[0008]S2、
测量所述样品在特定温度下的拉伸性能，得到所述样品在所述特定温度下的
峰值应力；
[0009]S3、
测量所述样品在所述特定温度下的保载疲劳强度与低周疲劳强度，根据所述保载疲劳强度与所述低周疲劳强度确定所述特定温度下的保载疲劳敏感性；
[0010]S4、
建立所述峰值应力
、
所述特定温度与所述保载疲劳敏感性三者之间的相互对应关系
。
[0011]在本方案中，采用上述预测方法，可通过大量实验建立保载疲劳峰值应力
、
温度与保载疲劳敏感系数的关系，提供一种钛合金保载疲劳敏感程度的定量快速确定方法
。
在批量生产锻件或调整工艺窗口时，可根据本关系对其保载疲劳敏感性做工程上定量判断，无需测量材料的保载疲劳数值
。
从而节约研发及制造时间，节约成本
。
[0012]优选地，所述钛合金部件为高压压气机
TA19
盘锻件，所述步骤
S1
具体为：在所述高压压气机
TA19
盘锻件的盘心
、
腹板
、
盘缘三个位置取弦向
、
径向
、
弦向为测试样品
。
[0013]在本方案中，在高压压气机
TA19
盘锻件的盘心
、
腹板
、
盘缘三个位置取弦向
、
径向
、
弦向为测试样品，能够同时全面反映盘件不同部位的力学性能
。
[0014]优选地，所述特定温度包括室温
、120℃、200℃。
[0015]优选地，所述保载疲劳敏感性的计算公式为：
[0016][0017]其中
Life Debit
代表保载疲劳敏感性，
N
低周疲劳
代表低周疲劳强度，
N
保载疲劳
代表保载疲劳强度
。
[0018]优选地，所述
S3
中包括疲劳试验，在所述疲劳试验中，普通低周疲劳加载的波形为轴向加载，三角波，加载
、
卸载各1秒，应力比
R
＝
0.05
，保载疲劳加载的波形为轴向加载，应力控制，梯形波，峰值保载2分钟，加载
、
卸载各1秒，应力比
R
＝
0.05。
[0019]优选地，所述应力比
R
的计算方式为所述峰值应力除以该温度下的屈服应力
。
[0020]在本方案中，同时将峰值应力除以该温度下屈服应力，得到应力系数
R
，能够避免不同工艺带来的峰值应力对疲劳性能的影响
。
[0021]本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术通过大量实验建立保载疲劳峰值应力
、
温度与保载疲劳敏感系数的关系，提供一种钛合金保载疲劳敏感程度的定量快速确定方法
。
在批量生产锻件或调整工艺窗口时，可根据本关系对其保载疲劳敏感性做工程上定量判断，无需测量材料的保载疲劳数值
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应力决定保载疲劳敏感性的预测方法，其用于确定钛合金部件的保载疲劳敏感程度，其特征在于，所述预测方法包括如下步骤：
S1、
在所述钛合金部件上选取样品；
S2、
测量所述样品在特定温度下的拉伸性能，得到所述样品在所述特定温度下的峰值应力；
S3、
测量所述样品在所述特定温度下的保载疲劳强度与低周疲劳强度，根据所述保载疲劳强度与所述低周疲劳强度确定所述特定温度下的保载疲劳敏感性；
S4、
建立所述峰值应力
、
所述特定温度与所述保载疲劳敏感性三者之间的相互对应关系
。2.
如权利要求1所述的应力决定保载疲劳敏感性的预测方法，其特征在于，所述钛合金部件为高压压气机
TA19
盘锻件，所述步骤
S1
具体为：在所述高压压气机
TA19
盘锻件的盘心
、
腹板
、
盘缘三个位置取弦向
、
径向
、
弦向为测试样品
。3.
如权利要求1所述的应力决定保载疲劳敏感性的预测方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小严，黄小波，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：