3.5%NaC1盐雾环境下TA15合金的腐蚀疲劳行为研究

摘要

TA15合金是一种高A1当量的近α型中强度钛合金，具有良好的综合力学性能以及优良的锻造、热处理和焊接工艺性能，在飞机结构中有着广阔的应用前景。在沿海地区，由于大气环境中含有大量盐雾，服役中的飞机结构件不可避免地遭受盐雾腐蚀损伤，因此，研究TA15合金在盐雾环境下的腐蚀疲劳行为具有重要的工程实际意义。
　　 本文主要研究了TA15合金在3.5％NaCl盐雾环境下不同应力比（R=-1，R=0.06和R=0.5）对腐蚀疲劳力学行为的影响。试验结果表明，合金的腐蚀疲劳循环变形行为与作用应力比相关：在R=-1条件下，材料呈现为循环软化特征；在R=0.06条件下，材料呈现出循环稳定现象；而在R=0.5条件下，材料呈现循环硬化特征。对试验数据进行统计分析进一步给出了不同应力比下的S-N曲线以及含有不同存活率的p-S-N曲线。对不同应力比下腐蚀疲劳极限进行比较后得出：在盐雾环境下，平均应力对合金腐蚀疲劳寿命的影响符合Soderberg关系式。同时，还建立起描述平均应力Sm、应力幅Sa和腐蚀疲劳寿命N三者关系的Sm-Sa-N曲面方程以及含有不同存活率的p-Sm-Sa-N曲面方程。
　　 论文采用深度-敏感压痕技术对腐蚀疲劳前后TA15合金金相中两类组织（等轴α相和β转变相）结构进行了细观力学特性测试。测试结果表明，原始试样中等轴α组织显微硬度要大于β转变组织。对比腐蚀疲劳前后测试数据得出：等轴α组织的强度高于β转变组织，有较强的抵抗裂纹萌生的能力，腐蚀疲劳后细观组织结构有较明显的损伤；而β转变组织的韧性则要高于初生等轴α组织，表现为较强的抵抗裂纹扩展的能力，腐蚀疲劳后细观组织结构损伤较小。
　　 腐蚀疲劳断口的SEM观察表明：在盐雾环境下，合金的腐蚀疲劳断口裂纹主要起源于试样表面，且随着应力比的增加，多疲劳源特征变得显著。随着应力比的增加，腐蚀疲劳裂纹源区的解理特征变得更加明显，而扩展区的疲劳条纹则变得更加细密。