曼徹斯特大學實現(xiàn)鈦合金高周疲勞裂紋萌生量化預(yù)測

一種雙態(tài)組織的近α鈦合金TIMETAL?834因具有優(yōu)異的高溫性能以及良好的室溫疲勞強度，已成功應(yīng)用于航空發(fā)動機葉片。雙態(tài)組織中各組分的不均勻性在一定程度上增加了疲勞裂紋預(yù)測的難度。

近日，來自英國曼徹斯特大學國家先進材料研究創(chuàng)新中心的Michael Preuss教授團隊首次闡明了雙態(tài)TIMETAL?834合金在高周疲勞加載條件下兩種同時存在的裂紋萌生機制。利用2D和3D-EBSD表征技術(shù)，該團隊發(fā)現(xiàn)盡管沿晶裂紋和穿晶裂紋在材料表面均沿基面滑移萌生，但裂紋面形成過程顯著不同。其中沿晶裂紋與一種特殊的（0001）扭轉(zhuǎn)晶界有關(guān)，與穿晶裂紋相比，沿晶裂紋的尖端幾乎無塑性變形參與，通過沿（0001）面的快速解理斷裂形成，而穿晶裂紋則沿近（0001）面的斷裂面多步形成。此外，基于對裂紋萌生機制的多維度理解，提出了全新的疲勞預(yù)測模型，實現(xiàn)了裂紋萌生位置的量化預(yù)測并得到統(tǒng)計學研究驗證。

相關(guān)研究成果以Multi-dimensional study of the effect of early slip activity on fatigue crack initiation in a near-a titanium alloy為題發(fā)表在Acta Materialia上。

研究對提高疲勞壽命預(yù)測的準確性有著重要指導意義。裂紋萌生機制的多維度理解對優(yōu)化鈦合金的熱加工工藝參數(shù)和延長發(fā)動機葉片的服役周期提供了重要理論依據(jù)。