Ti-6Al-4V钛合金振动弯曲超高周疲劳及寿命预测模型研究

摘要

运用超声疲劳试验系统和高频振动弯曲疲劳试验系统开展了Ti-6Al-4V钛合金在300Hz和20kHz下的高周和超高周振动弯曲疲劳试验。使用Hirox光学成像系统和扫描电镜观察了试样断口形貌,提出了使用振动幅值和共振频率的乘积af表征试样应力大小的方法,建立了基于af值的超高周弯曲振动疲劳寿命预测模型并进行了验证。结果表明:疲劳循环周数超过107以后,Ti-6Al-4V钛合金试样依然会发生疲劳断裂,不存在传统意义上的疲劳极限;同轴向拉压疲劳相比,相同疲劳寿命下,振动弯曲的应力水平显著小于轴向拉压加载;300Hz和20kHz两种频率下的试验数据吻合良好,加载频率对材料的疲劳性能没有明显影响。由于试样中应力梯度分布,裂纹均萌生于试样表面,试样断口平坦,裂纹源并未呈现"鱼眼"特征。基于af值的疲劳寿命预测模型能够很好地预测超高周振动弯曲疲劳寿命。