基于多尺度微区变形的Ti6242合金使役条件疲劳-蠕变交互行为研究

As one of the typical near α and α+β titanium alloys, Ti6242 alloy is considered to have fatigue-creep behavior at near room temperature, which may results in the early failure behavior of the integral disk, blade and other parts during the actual use. Based on the actual working temperature conditions of disk forging parts prepared with Ti6242 alloy in aero-engine, the fatigue-creep behavior of Ti6242 alloy will be systematically studied in this research by multi-scale micro-zone deformation assessment method, including sample scale, grain scale and dislocation scale. The evolution process of fatigue-creep behavior under multivariable combined loading will be discussed. The mechanical properties relationship of different development stages after fatigue-creep loading will be summarized. The research focuses on understanding the formation mechanism of fatigue-creep behavior and micro-zone deformation intrinsic mechanism in Ti6242 alloy, also exploring new reasonable evaluation methods on fatigue-creep behavior, which will provide theoretical basis for the design and application of high temperature titanium alloy.

作为典型近α和α+β型钛合金种类之一的Ti6242高温钛合金在研究和应用过程中被认为存在近室温疲劳-蠕变现象，这可能引起其制备的整体叶盘、叶片等零部件在实际服役过程发生明显低于设计使用寿命的提前失效行为。本项目根据Ti6242钛合金制备盘锻件在航空发动机中的实际使役温度条件，结合包含试样尺度、晶粒组织尺度和位错微观尺度等微区变形行为的评估对Ti6242高温钛合金的疲劳-蠕变行为进行深入研究，探讨其在多变量组合加载条件下的失效行为演变过程，总结其在不同发展阶段后的组合载荷力学性能变化规律，深入理解Ti6242钛合金的疲劳-蠕变行为形成机理和微区变形行为作用机制，并探索合理的钛合金疲劳-蠕变性能新型评估方法，为相关航空发动机用高温钛合金的设计应用提供理论依据。

钛合金的疲劳-蠕变(保载疲劳)失效是航空发动机用钛合金研制过程的重要科学问题之一，国外航空发动机钛合金零部件的提前失效案例引起国内设计人员的关注和担忧，目前围绕关键钛合金材料的疲劳-蠕变(保载疲劳)失效行为的内在机制、影响规律和应用评价等方面需要进一步加强相关研究工作。本项目针对Ti6242钛合金近室温疲劳-蠕变(保载疲劳)的关键问题，开展Ti6242钛合金在疲劳-蠕变(保载疲劳)载荷作用下的多尺度微区变形行为表征、多阶段规律评估和多载荷失效分析。首先结合多种表征手段分析了不同使役条件下Ti6242钛合金在疲劳-蠕变(保载疲劳)作用下的微观组织和应力-应变响应演变过程，阐明了Ti6242钛合金在疲劳-蠕变(保载疲劳)载荷作用下的不均匀微区塑性变形行为是其加速提前失效的内在形成机理和关键作用机制；同时讨论了其在多种加载条件下的失效行为演变规律，并依此开发多种新型保载疲劳寿命评估方法；进一步总结复杂载荷和组合载荷等条件下的Ti6242钛合金疲劳-蠕变(保载疲劳)失效断口特征并进行量化分析，深入理解此类钛合金的疲劳-蠕变(保载疲劳)失效行为。相关研究成果提高了研究人员和工程技术人员对航空发动机用钛合金疲劳-蠕变(保载疲劳)失效行为的认识和理解，对进一步提升钛合金疲劳-蠕变(保载疲劳)性能评价水平具有重要的科学意义。