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应力比和加载频率对Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-X合金疲劳行为的影响

钛合金；应力比；加载频率；裂纹萌生；疲劳寿命

Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-X是一种高强、高韧钛合金，在海洋工程结构中有巨大的应用潜力。因此，Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-X合金的疲劳特性研究具有重要的意义。本文对Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-X合金在不同应力比（R=–1, –0.5, 0.1和0.3）和加载频率（f=0.4 Hz, 4 Hz和35 Hz）下的疲劳行为进行了研究。结果表明，Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-X合金的疲劳裂纹萌生有两种不同的机制：一种是α晶粒解理导致的裂纹萌生，一种是微结构不均匀和变形不协调诱导的裂纹萌生。对于前者，裂纹萌生区域具有“小平面”特征；对于后者，裂纹萌生于α晶粒或晶界，裂纹萌生区域没有“小平面”特征。应力比和加载频率对疲劳寿命具有重要影响。应力比对疲劳寿命的影响可以表示为：N_f=A[(1–R)/2]^lσ^m_a,R，其中N_f表示疲劳寿命，σ_a,R表示应力比R下的应力幅，A、l和m是与材料有关的常数。相对高的应力幅下，疲劳寿命和加载频率在双对数坐标下呈近似线性关系。研究结果也表明，高应力比和低加载频率趋于诱发多点裂纹起源模式，疲劳寿命的分散性与应力幅和加载频率有关。