激光选区熔化TC11钛合金的断裂机理及异种载荷下裂纹扩展研究

目的基于航空航天领域损伤容限钛合金的设计理念，研究不同载荷形式下沉积TC11钛合金的断裂机理与拉伸速率和裂纹扩展路径的关系。方法采用电子背散射衍射（EBSD）对激光选择性熔融（SLM）法制备的沉积态TC11钛合金的颗粒形貌进行表征。用扫描电镜分析了TC11钛合金在不同应变速率下的断口形貌和缺陷分布。针对现场无法实时跟踪裂纹扩展路径的问题，Abaqus相场UEL公司对裂纹扩展进行了研究。结果在沉积态TC11钛合金，BD剖面上的颗粒主要为柱状晶体，轴晶的一小部分为柱状晶体。BD剖面上的所有晶粒均为等轴晶晶粒，组织为致密立方结构针状相组成的马氏体（HCP），没有明显的晶粒取向。在瞬时载荷下，当载荷为1、1.5和2时，切向裂纹宽度分别为0、7.69和14，夹角分别为108、92和82。在周期载荷下，当载荷为1、1.1、1.2、1.35和1.5时，裂纹宽度分别为15.56、11.87、26.23、20.51和20.92。结论随着拉伸速率的增加，断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。在瞬时载荷作用下，裂纹开始切向扩展，然后分叉直至完全断裂。载荷的增加可以促进沉积态TC11钛合金的切向裂纹，并抑制裂纹的分叉。在周期载荷作用下，载荷的增加首先促进裂纹宽度的增加，裂纹达到最大值，然后在25～20℃时趋于稳定。