鈦合金典型連接結構裂紋擴展特性分析*

肖 山，畢金英，孫彥鵬，劉書田，劉 楊

（1. 航空工業(yè)沈陽飛機設計研究所，沈陽 110035；2. 大連理工大學工業(yè)裝備結構分析國家重點實驗室，大連 116024）

鈦合金由于具有比強度高、耐久性強、抗腐蝕、可焊接等優(yōu)異的綜合性能，在航空航天工業(yè)領域中獲得了廣泛應用。例如，美國F35戰(zhàn)斗機鈦合金構件利用率達到20%，F(xiàn)22戰(zhàn)斗機鈦合金利用率甚至達到40%以上[1]。但鈦合金存在損傷后裂紋擴展壽命較短的問題，難以保證結構的使用安全[1]。因此，研究新型鈦合金材料、成形工藝和發(fā)展新的提高鈦合金結構損傷容限特性的設計方法成為目前的研究熱點。

通過擴散連接[2]的層合方式來提高鈦合金的斷裂韌性、降低裂紋擴展速率以及延長裂紋擴展路徑，已成為改善鈦合金材料和結構損傷容限特性的重要研究方向。

為了適應航空領域越來越高的損傷容限設計要求，近年來，在鈦合金擴散連接層合方式等方面已經開展了較為豐富的研究工作，取得了一系列較為重要的研究成果[3-7]。

周克印等[3]針對擴散連接制造的鈦合金多層板[4-5]連接界面（DB界面）對裂紋的擴展抑制作用進行了研究，通過鈦合金TC4擴散連接后與其母板中裂紋擴展的比較發(fā)現(xiàn)，DB界面可以引起裂紋擴展方向的改變，能夠改善疲勞斷裂性能。

鈦合金中預置非焊合區(qū)會降低其一定的承載能力，然而非焊合區(qū)的存在也可能阻礙裂紋的擴展，改善結構的損傷容限特性。賀小帆等[6]通過試驗的手段對DB層中預置非焊合區(qū)的元件級含孔擴散連接鈦合金層合板進行了疲勞裂紋擴展研究，研究表明非焊合區(qū)能夠改變鈦合金層合板的疲勞裂紋擴展路徑，延長裂紋的擴展壽命。……