[发明专利]一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型

摘要

本发明公开了一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型，本发明采用超声疲劳试验获取高强钛合金超高周疲劳性能，基于非线性损伤力学理论，引入反映材料热处理工艺、显微组织特征的参数，建立材料的疲劳性能方程，定量评价高强钛合金抗超高周疲劳的热处理工艺。

主权项

1.一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用超声疲劳方法对双态组织的高强钛合金进行超高周次疲劳试验，试验频率20kHz，获得材料疲劳强度‑寿命数据，绘制材料疲劳S‑N曲线，根据S‑N曲线计算参数S和S1，其中S为材料疲劳损伤强度，S1为非线性累积参数；(2)对双态组织的高强钛合金进行拉伸试验，加载速率0.00007s‑1～0.002s‑1，绘制高强钛合金的拉伸曲线，并根据拉伸曲线得出材料的弹性模量E、硬化系数k、材料参数C＝0.6E/k、抗拉强度σb；(3)取1～i份高强钛合金试样，标记为试件1～i，对试件1～i进行不同热处理工艺，然后对若干高强钛合金进行金相处理，选取其显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元，用显微硬度计采用显微硬度计测定初生α相的硬度与转变β相的硬度，将初生α相的硬度值设定为初生α相的弹性模量Ea，将转变β相的硬度值设定为转变β相的弹性模量Eb；(4)利用Abaqus有限元分析方法计算材料显微组织的力学参数Kf，对试件1～i进行金相处理，在高强钛合金的显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元，对代表单元进行局部细化网格，施加远场应力σn，并输入步骤(3)中所测定的初生α相的弹性模量Ea及转变β相的弹性模量Eb，计算初生α相附近区域的应力分布，获得最大应力σmax，则力学参数Kf＝σmax/σn；(5)将以上述测定的参数代入并建立不同热处理工艺的高强钛合金疲劳性能方程：其中σ_M为疲劳强度，N_R为疲劳寿命，S为材料疲劳损伤强度，S₁为非线性累积参数，σ_e为材料的疲劳极限且E为材料的弹性模量，k为材料的硬化系数，C为材料参数其C＝0.6E/k；为三向应力函数：其中ν为材料泊松比其值取0.33；Kf为反映材料热处理工艺及显微组织特征的参数；(6)通过建立的试件1～i的高强钛合金疲劳性能方程，绘制并比较试件1～i不同热处理工艺的高强钛合金疲劳性能曲线，最终获得最优热处理工艺。