Page 23 - 理化检验-物理分册2023年第十二期

高 琛, 等: 不同表面状态对 Ti80合金动态与静态力学性能的影响

降低, 并且冲击韧性随缺口深度的减小而增大。
张思倩 [ 10 ] 等研究了不同缺口半径对 Ti-24Nb-4Zr-
8Sn合金室温高周疲劳性能的影响, 发现缺口会明
显降低钛合金的疲劳强度, 缺口半径对钛合金的
缺口敏感性影响不大。目前, 不同表面状态对钛
合金强度、 局部塑性变形行为的影响机制尚不明
确, 钛合金打磨态的板材表面本身存在大量的微
划痕, 轻微的外物撞击可能会使其表面出现局部
图1 Ti80合金显微组织形貌
损伤, 大量的试验结果表明, 钛合金弯曲试样经表
表1 3 , 4 , 5号试样缺口尺寸
面磨削处理后, 开裂倾向就会大大减小; 表面抛光
态试 样 与 非 抛 光 态 试 样 的 疲 劳 寿 命 相 差 数 试样编号 缺口深度 / mm 缺口曲率半径 / mm 缺口角度 /( ° )
倍 [ 11-12 ] 。因此, 表面缺陷带来的应力集中会给装 3号 0.1 0.10 —
备的安全服役带来极大的安全隐患, 探究钛合金
4号 1.0 0.05 60
表面状态对其力学性能的影响规律, 并分析该类
5号 1.0 0.25 60
表面缺陷在局部塑性变形过程中的作用机制, 对
其在深海环境下的安全应用具有重要意义。
笔者对 Ti80合金板材的打磨划痕、 缺口、 裂纹
等表面缺陷进行研究, 分析了 Ti80合金表面状态对
拉伸性能、 冲击性能、 疲劳性能等的影响规律, 并利
用数字图像相关方法( DIC ) 分析拉伸过程中的局部
变形行为, 结果可为 Ti80合金的工程应用提供数据

支撑。 图2 钛合金板材打磨后的原始表面宏观形貌
1 试验材料与方法 寸如图4 , 5所示。
使用电子材料试验机进行拉伸试验, 试验前在
试验材料为 Ti80合金板材, 其组织主要为等轴
试 样 的 表 面 喷 涂 随 机 分 布 的 散 斑 标 点, 通 过
α和板条α的双态组织( 见图1 )。为了研究不同表 INSTRONAVE19032801型视频引伸计对试样表

面质量和缺口尺寸对 Ti80合金动态和静态力学性
面应变进行实时测量, 试验速率为 2mm / min 。使
能的影响, 对 Ti80合金试样进行静态拉伸试验、 动
用摆锤式冲击试验机进行冲击试验, 试验过程可以
态冲击试验和疲劳试验, 设计了6种试样形式, 分别
采集力与位移信息, 试样断裂后, 利用双束扫描电子
为: 1号表面抛光试样; 2号原始表面试样; 3 , 4 , 5号
显微镜( SEM ) 观察试样断口形貌。使用电液伺服
缺口试样, 缺口尺寸如表1所示; 6号预制2mm 裂

疲劳试验机进行疲劳试验, 试验过程中使用载荷控
纹试样。 2号试样表面经过百叶轮打磨, 取样保留
制的模式进行加载, 应力比为0.1 , 最大疲劳应力为
了原始表面状态, 其宏观形貌如图2所示。拉伸及
680MPa , 加载频率为6Hz 。

疲劳试样尺寸如图3所示, 冲击试样尺寸及缺口尺

图3 拉伸及疲劳试样尺寸示意

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