Ti-6Al-4V钛合金弯曲疲劳行为与损伤机理研究

摘要

研究了Ti-6Al-4V(TC4)钛合金在不受轴向拉应力作用下的弯曲疲劳行为,设计了悬臂梁弯曲疲劳试验机对TC4钛合金进行弯曲疲劳试验,利用ABAQUS有限元模拟软件结合损伤模型模拟预测TC4钛合金的弯曲疲劳寿命.通过对TC4钛合金进行7种不同弯曲疲劳幅值下的试验与模拟,研究了TC4钛合金在弯曲疲劳过程中的应力分布与损伤断裂机理,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了TC4钛合金的疲劳断口,研究了TC4钛合金在不同弯曲疲劳幅值下的断裂方式.结果表明:弯曲疲劳数值计算寿命与试验结果处于2倍分散带内,计算断裂位置与试验断裂位置均处于应力最大截面,偏离圆弧段中心截面1 mm处;弯曲疲劳裂纹萌生和扩展主要受应力控制,裂纹起源于上下表面应力最大处,并逐渐向试样中心发展,直至试样断裂;当弯曲幅值较小时,弯曲疲劳试样的疲劳断口上存在着大量的撕裂棱和二次裂纹,为明显的准解理断裂特征;当弯曲幅值进一步增大,材料内部变形提高,试样承受应力增加,疲劳断口上存在着明显的韧窝,试验转变为韧性断裂.