一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其包括以下步骤：步骤(1)：以具有不同羽毛组织含量的钛合金锻制样品和保载疲劳敏感系数，模拟得到数学模型公式：y＝kx+b；式中，x为羽毛组织含量，y为保载疲劳敏感系数；步骤(2)，将待检测的钛合金锻制样品的羽毛组织含量代入所述数学模型公式中即得；羽毛组织为金相显微镜观察到的网篮组织中片状的集束α相，羽毛组织的含量为所拍摄的金相显微图片中羽毛组织的面积与网篮组织的总面积的比。本发明专利技术的判定方法在批量生产锻件或调整工艺窗口时，可根据钛合金锻制样品的显微组织特点，对其保载疲劳敏感系数在工程上定量判断，无需测量材料的保载疲劳数值。无需测量材料的保载疲劳数值。无需测量材料的保载疲劳数值。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法


[0001]本专利技术具体涉及一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法。

技术介绍

[0002]宽体客机发动机高压压气机相比于窄体客机，钛合金盘件工作状态应力增大、温度增高，因此对盘件的性能要求更高。尤其高温高应力工作条件对高压压气机轮盘的鼓筒区域性能提出较高的热蠕变性能需求。Ti
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2Mo合金(国内对应牌号TA19，以下简称Ti6242)具有良好综合性能的高温钛合金，其长期使用温度最高可达510℃，高温强度和蠕变性能均优于Ti
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4V(国内对应牌号TC4)合金，已被广泛用于制造航空发动机机匣、压气机叶片、盘等零部件。生产成本相对较低，已成为航空发动机中需求量仅次于Ti
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6Al
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4V的高温钛合金。
[0003]钛合金锻造工艺按锻前加热温度大致可分为两相区锻造和β锻造。
[0004]Ti6242宜优先选用α+β锻造/高温固溶时效处理，获取拉伸强度、蠕变、疲劳等综合性能。由于Ti6242在低温高压段具有保载疲劳敏感性，Ti6242更适宜使用于工况温度大于200℃的盘件及鼓筒。考虑到Ti6242合金β稳定元素Mo的含量较高，高温蠕变性能较差，为了提高其高温蠕变性能，选择使用β锻造得到网篮组织。β锻造的网篮组织钛合金，其片层组织类型决定了其具有较高的断裂韧度，使材料具有较高的损伤容限性能。β锻造在降低钛合金变形抗力、改善成形性、提高合金损伤容限性能及持久蠕变高温性能等方面具有明显优势，特别是随着航空用钛合金锻件截面厚度、投影面积、成形难度不断提高，β锻造受到越来越多的关注。国内尚未有Ti6242的β锻造工艺的试制经验，β锻造对坯料加热温度更高，锻造窗口更窄，而鼓筒件又具有薄壁，大直径的特点，锻造时温降较快，组织控制较难，因此Ti
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2Mo合金的β锻技术更难实现。
[0005]近α型Ti6242钛合金普遍保载疲劳敏感性。随着测试温度的升高，保载模式相比传统循环模式的疲劳寿命降低的倍率逐渐降低。通常在200℃以下具有明显的保载效应，因此也将这种现象称为冷保载效应。近α型钛合金和部分两相钛合金普遍存在冷蠕变现象，即便是在室温下，在低于材料屈服强度的载荷随时间持续作用下也会产生应变积累。
[0006]钛合金显微组织对保载疲劳效应有着显著的影响：
[0007]①
对于双态组织或等轴组织，保载效应随着初生α含量体积分数的增加而增大；
[0008]②
晶界处拉长的初生α显微组织形貌相比等轴组织具有更高的保载疲劳敏感性，因为其存在明显的局部晶粒集中取向(微织构)，更易于形成应力重分配机制，造成较早的裂纹萌生；
[0009]③
相比于双态组织，采用β锻获得的Ti6242合金魏氏和篮网组织具有明显较低的保载疲劳敏感性；
[0010]④
具有α集束的魏氏+网篮混合组织相比纯片层组织，具有更低的保载敏感性。
[0011]因为过多未破坏的残余α晶粒(α集束)会增加保载疲劳效应。针对以上文献研究总结，可以得出结论，β锻造工艺的网篮组织Ti6242合金，应该比α+β锻造的Ti6242合金具有较
低的保载疲劳敏感性，但一般钛合金的β锻造工艺极易出现并列针状α集束即羽毛状组织，α集束会增加保载疲劳敏感性。

技术实现思路

[0012]本专利技术主要是为了克服现有技术中存在的保载疲劳实验耗时较长，成本较大缺陷，而提供了一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法。本专利技术的判定方法，在批量生产锻件或调整工艺窗口时，可根据钛合金锻制样品的显微组织特点，对其保载疲劳敏感系数在工程上定量判断，无需测量材料的保载疲劳数值。
[0013]本专利技术主要是通过以下技术方案解决以上技术问题的。
[0014]本专利技术提供了一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其包括以下步骤：
[0015]步骤(1)，以具有不同羽毛组织含量的钛合金锻制样品和保载疲劳敏感系数，模拟得到数学模型公式：
[0016]y＝kx+b；
[0017]式中，x为羽毛组织含量，y为保载疲劳敏感系数；
[0018]步骤(2)，将待检测的钛合金锻制样品的羽毛组织含量代入所述数学模型公式中得到的y值即为保载疲劳敏感系数；
[0019]所述羽毛组织为金相显微镜观察到的网篮组织中片状的集束α相，所述羽毛组织的含量为所拍摄的金相显微图片中羽毛组织的面积与网篮组织的总面积的比。
[0020]本专利技术中，本领域技术人员根据所述的判定方法可知，所述的判定方法一般具体包括以下步骤：采用不同的锻制工艺得到具有不同羽毛组织含量的钛合金锻制样品，利用金相显微镜检测每一钛合金锻制样品的剖面中羽毛组织的含量，同时计算出每一钛合金锻制样品的保载疲劳敏感系数，得到每一所述钛合金锻制样品的羽毛组织含量和保载疲劳敏感系数，以羽毛组织为横坐标、保载疲劳敏感系数为纵坐标，绘制曲线，利用绘制的曲线模拟出线性关系，即得到所述的数学模型公式。
[0021]本专利技术中，本领域技术人员知晓，为了得到精确的测试结果，采用不同的锻造工艺制得的钛合金锻制样品在测量所述的羽毛组织含量时，所拍摄的金相显微图片是对不同钛合金锻制样品的同样位置进行解剖，并对同一位置的剖面采用相同的放大倍数并拍摄得到相同的面积。
[0022]本专利技术中，所述y＝kx+b式中，经计算，k值较佳地为0.4～0.614，例如0.49；b值较佳地为3.047～4.46，例如3.42。
[0023]本专利技术中，所述的数学模型公式较佳地为y＝0.49x+3.42。
[0024]本专利技术中，根据不同羽毛组织含量和保载疲劳敏感系数计算得到的R2＝0.992451，表明钛合金锻制样品中的羽毛组织含量和保载疲劳敏感系数之间为线性正相关关系。
[0025]本专利技术中，所述的钛合金可为本领域常规的钛合金，一般是指Ti
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2Mo合金。
[0026]本专利技术中，步骤(1)中所述保载疲劳敏感系数的计算方法可为本领域常规，其计算公式一般为：N为寿命，Life Debit为保载疲劳敏感系数。
[0027]本专利技术中，本领域技术人员根据所述的判定方法可知，所述不同羽毛组织含量的钛合金锻制样品一般可通过不同的β锻制工艺得到。
[0028]其中，所述不同的β锻制工艺较佳地包括锻造处理的温度和/或固溶处理的温度。
[0029]所述锻造处理的温度可为所述钛合金的β相变点的温度以上20～30℃，即所述钛合金的β相变点的温度加上20～30℃。
[0030]所述锻造处理的时间例如可为100min。
[0031]所述固溶处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤(1)：以具有不同羽毛组织含量的钛合金锻制样品和保载疲劳敏感系数，模拟得到数学模型公式：y＝kx+b；式中，x为羽毛组织含量，y为保载疲劳敏感系数；步骤(2)，将待检测的钛合金锻制样品的羽毛组织含量代入所述数学模型公式中得到的y值即为保载疲劳敏感系数；所述羽毛组织为金相显微镜观察到的网篮组织中片状的集束α相，所述羽毛组织的含量为所拍摄的金相显微图片中羽毛组织的面积与网篮组织的总面积的比。2.如权利要求1所述的钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其特征在于，所述y＝kx+b式中，k值为0.4～0.614，b值为3.047～4.46。3.如权利要求1所述的钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其特征在于，所述y＝kx+b式中，k值为0.49且b值为3.42。4.如权利要求1～3中任一项所述的钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其特征在于，所述钛合金为Ti
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2Mo合金。5.如权利要求1所述的钛合金保载疲劳敏感程度的判定方法，其特征在于，在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小严，尚进，史栋刚，齐英诚，
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：