微动疲劳影响因素及钛合金微动疲劳行为VIP免费

收稿日期:2000-07-20;修订日期:2000-12-11基金项目:航空基础科学基金(98H53086)、陕西省自然科学研究计划(2000C01)资助项目文章网址:http://www.hkxb.net.cn/hkxb/2001/05/0454/文章编号:1000-6893(2001)05-0454-04微动疲劳影响因素及钛合金微动疲劳行为刘道新1,何家文2(1.西北工业大学腐蚀与防护研究室,陕西西安710072)(2.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,陕西西安710049)REVIEWOFFACTORSTHATINFLUENCEFRETTINGFATIGUE(FF)ANDINVESTIGATIONONFFBEHAVIOROFTi-ALLOYLIUDao-xin1,HEJia-wen2(1.Corrosion&ProtectionResearchLab.,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an710072,China)(2.Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China)摘要:综述了影响材料微动疲劳(FF)行为的各因素及其相互联系,通过实验探讨了接触压力、位移幅度、接触几何及残余应力状态等重要因素对Ti6Al4V合金FF行为的影响规律及交互作用。结果表明,钛合金FF寿命随接触压力和位移幅度的变化均是非单调性的,原因是名义接触压力的变化改变了接触区应力分布、应力集中状况和微动位移幅,从而影响裂纹的萌生几率,而位移幅影响了疲劳和磨损因素在FF过程中的作用主次。接触几何则通过改变接触区应力集中状况而影响裂纹萌生几率的大小。残余压应力主要抑制FF裂纹扩展,在部分滑动条件下它对提高钛合金FF抗力的作用更加显著。关键词:微动疲劳;微动磨损;航空结构;钛合金;喷丸强化;残余应力中图分类号:TG115.5文献标识码:AAbstract:Thefactorsthatinfluencefrettingfatigueprocessarereviewedandtheinteractionsbetweenthesefactorsareoutlined.Theeffectsofmajorfactors,includingslipamplitude,contactpressure,contactgeome-tryandsurfaceresidualstress,onFFbehaviorofTi6Al4Valloywereinvestigatedbyexperiments.There-sultsshowthatthesemajorfactorsaffecttheactionoffatigueandwearinFFprocess,resultinginthechangeofcrackinitiationprobabilityandcrackpropagatingrate.Therefore,theFFlifeofTialloydoesn'tchangeinamonotonewaywiththeslipamplitudeandcontactpressureincreasing.Theeffectofsurfacecompressiveresidualstress(SCRS)onFFresistancedependsnotonlyonthevalueanddistributionofSCRS,butalsoontheothermajorparametersinFFtests.SCRSplaysamoreimportantroleinimprovingFFresistanceinpar-tialslipsituationthaningrossslip.ThisisduetothefactthatSCRSrestrainscrackpropagationmorere-markablythanarrestscrackinitiation.Keywords:frettingfatigue;frettingwear;aeronauticstructure;titaniumalloy;shotpeening;residualstress在航空、航天、交通、核能等诸多工业部门中,均存在微动疲劳FF(frettingfatigue)损伤问题,据估计在飞机结构破坏中涉及微动损伤的比例高达90%[1]。然而,微动疲劳损伤过程十分复杂,通常涉及到疲劳、磨损和腐蚀三类主要失效形式,影响因素多达50余个[2],虽进行了较广泛的研究,但目前关于微动疲劳损伤机理的认识还不够清楚,微动疲劳损伤评价的标准尚未统一[3],国内外航空部门还未明确将微动损伤列入飞机结构耐久性及损伤容限设计研究规划之中,为此有必要深入认识微动参数对航空材料和结构FF行为的影响规律。钛合金是制造高性能航空发动机风扇、压气机轮盘、叶片等零构件的主选材料,然而钛合金耐磨性能差,钛合金叶片榫头和压气机盘榫槽配合面间极易产生微动疲劳损伤[1,4]。因此,探讨钛合金FF行为和提高其抗力,乃是目前微动损伤学科的研究热点之一,如1998年美国盐湖城召开的第二届国际微动疲劳学术会议上,1/4的论文涉及到该主题。本文分析和总结微动疲劳的影响因素及其相互联系,并以钛合金为对象,研究几个主要因素对FF行为的影响规律,为深入认识航空结构和材料FF行为,确保其安全性和可靠性提供参考。第22卷第5期2001年9月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAVol.22No.5Sep.2001图1影响微动疲劳的因素Fig.1Factrosofaffectingfrettingfatigue1微动疲劳影响因素分析人们对微动疲劳的影响因素进行了不同的分类,如Bill[1]将微动疲劳过程的影响因素分成接触条件、...