伴隨著航空工業(yè)的發(fā)展，高端高溫合金的需求也日益旺盛。高溫鈦合金由于其比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)應(yīng)用高溫鈦合金，可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，提高燃油輸出功率，減小噪聲。國內(nèi)外主要的高溫鈦合金有美國的Ti-1000、英國的IMI834、俄羅斯的BT36和中國的Ti600等，這些鈦合金在高溫下都具備較高的瞬時(shí)強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。

高性能TC4鈦合金棒材作為現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最廣的高強(qiáng)度鈦合金型材，通過改變其合金元素含量，改進(jìn)加工工藝，可以獲取更好的高溫性能，這在實(shí)際生產(chǎn)和研發(fā)中具有重要的意義。對于不同成分及加工工藝的TC4鈦合金，測試其是否具有符合實(shí)際生產(chǎn)規(guī)定的蠕變性能也具有重要的意義。

由于現(xiàn)階段TC4鈦合金主要在400℃下服役，測試了其在該溫度下的多應(yīng)力蠕變數(shù)據(jù)，繪制在一定殘余變形下的時(shí)間一應(yīng)力曲線，并對TC4鈦合金的蠕變性能進(jìn)行了分析討論。

1、試驗(yàn)原理與試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)原理

一般的蠕變試驗(yàn)是在一定溫度下，沿試樣的軸線方向施加恒定拉應(yīng)力并保持一定的時(shí)間，以獲得試樣產(chǎn)生的總伸長或殘余伸長及蠕變斷裂時(shí)間。

該文中的蠕變區(qū)間曲線是指，在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、規(guī)定的蠕變殘余變形的前提下，建立階段試驗(yàn)應(yīng)力與試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系。

1.2試驗(yàn)方法

鑒于現(xiàn)有的TC4鈦合金棒材的主要使用溫度為400℃，界定失效條件為0.1蠕變殘余變形(35h)和0.29／6蠕變殘余變形(100h)。選用原始直徑為20mm的TC4鈦合金棒材，經(jīng)熱處理(780℃保溫1.5h后空冷)后加工成直徑為10mm的蠕變試樣，在RD2型蠕變試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行蠕變試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)力值精度0.5級(jí)，同軸度偏差小于6。

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1試驗(yàn)結(jié)果

基于以上各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)，測試該試樣在400℃時(shí)各應(yīng)力下的總延伸率與時(shí)間的關(guān)系，結(jié)果見圖1。

對圖1的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，可得400℃下TC4鈦合金的彈性變形，結(jié)果見表1。

由于蠕變試驗(yàn)中總延伸率是由塑形變形與彈性變形組成，蠕變試驗(yàn)過程中可直接測得的只有總延伸率，假定蠕變試驗(yàn)過程中在應(yīng)力一定的情況下彈性變形不變。利用表1的數(shù)據(jù)，測定規(guī)定0.1和0.2殘余變形的條件下觀察總延伸率的數(shù)值，選擇終止試驗(yàn)時(shí)間。所得到的應(yīng)力與對應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間見表2，依據(jù)該結(jié)果，繪制在規(guī)定溫度下規(guī)定殘余變形的應(yīng)力與時(shí)間曲線，見圖2。

2.2討論

圖3反映了一般蠕變試驗(yàn)3個(gè)階段的典型曲線，3個(gè)階段分別為：①I階段，加速度減小、速度增大直至加速度為零、速度恒定，曲線表現(xiàn)為斜率變小且趨勢變緩；②II階段，加速度為零，速度恒定增大，曲線表現(xiàn)為斜率恒定；③III階段，加速度變大，速度增大至試樣斷裂，曲線表現(xiàn)為斜率變大且趨勢加快。

該試驗(yàn)中，圖1所示的總延伸率和時(shí)間曲線明顯處于典型曲線的I～I(xiàn)I階段。分析各應(yīng)力下的蠕變試驗(yàn)曲線可見，伴隨著應(yīng)力增加，曲線斜率增大，斜率變定值的時(shí)間變長。對照蠕變試驗(yàn)的曲線特點(diǎn)可知，在該試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)應(yīng)力條件下，蠕變試驗(yàn)發(fā)生在蠕變的I～I(xiàn)I階段，伴隨著試驗(yàn)應(yīng)力的增加，蠕變I階段時(shí)間變長，II階段的穩(wěn)態(tài)蠕變速率變大。

依據(jù)總延伸率為彈性變形與塑形變形之和的原理，在規(guī)定蠕變殘余變形為0.1和0.2的前提下，測定選擇試驗(yàn)的終止時(shí)間。在試驗(yàn)結(jié)束后測試所得的塑形變形均在0.1±0.005和0.2±0.0089／6，在各個(gè)應(yīng)力條件下均完成了6個(gè)試驗(yàn)，雖然試驗(yàn)時(shí)間均有差別，但試驗(yàn)所得的塑形變形相對變化不大。因此試驗(yàn)結(jié)果表明，在該試驗(yàn)條件下，TC4鈦合金棒材的彈性變形在一定應(yīng)力下不隨時(shí)間的增加而變化。

對圖2中的時(shí)間和應(yīng)力數(shù)值取對數(shù)后發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力和時(shí)間成近線性關(guān)系，依據(jù)圖2中的曲線關(guān)系，可在規(guī)定時(shí)蠕變殘余變形為0.1和0.2的前提下獲取一定應(yīng)力下TC4鈦合金的安全服役時(shí)間，或預(yù)期服役時(shí)間下的安全應(yīng)力。

鑒于TC4鈦合金棒材高溫使用環(huán)境的一致性，以及其高溫變形行為的一致性，在測定其他TC4鈦合金棒材的蠕變性能時(shí)可參照該方法。

3、結(jié)論

(1)TC4鈦合金棒材的蠕變穩(wěn)定過程所需時(shí)間隨著試驗(yàn)應(yīng)力的增加而變短，穩(wěn)態(tài)蠕變速率隨著試驗(yàn)應(yīng)力的增大而變大。

(2)TC4鈦合金棒材在400℃、規(guī)定0.1和0.2殘余變形的條件下，試驗(yàn)階段內(nèi)試驗(yàn)應(yīng)力與試驗(yàn)時(shí)間在坐標(biāo)值取對數(shù)的情況下成近似線性關(guān)系。

在一定試驗(yàn)應(yīng)力的條件下，彈性變形不隨試驗(yàn)時(shí)間的變化而變化。

(3)在有限試樣條件下，可利用該方法測定TC4鈦合金棒材在規(guī)定使用條件下的蠕變性能。

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