基于微结构特征的Ti6Al4V ELI钛合金疲劳裂纹萌生寿命晶体塑性预测方法
杜阿龙
于培师
赵宇翔
徐强
赵军华
江南大学 机械工程学院 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室,无锡 214122
摘要：Ti6Al4V ELI钛合金因其优异的力学性能而广泛应用于深海载人装备的重要结构中.然而,载人装备在深海服役期间,持续承受复杂的疲劳载荷,这极易导致裂纹的萌生与扩展,极端情况下甚至可能引发灾难性的断裂事故.裂纹萌生是决定整体疲劳寿命的关键因素,对其进行精确预测是确保装备安全性的关键.尽管现有的疲劳寿命分析方法已经能够在一定程度上揭示Ti6Al4V ELI钛合金的疲劳行为特征,但在预测不同微观结构材料的寿命时,其准确性仍显不足.为了解决该问题,借助电子背散射衍射(Electron Back Scatter Diffraction,EBSD)技术进行了真实微观结构模型的重构,基于晶体塑性有限元方法进行了数值模拟,构建了针对Ti6Al4V ELI钛合金的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,模拟了双相结构Ti6Al4V ELI钛合金的低周疲劳行为,并引入了累积塑性滑移和累积能量耗散2种疲劳指示因子(Fatigue Indicator Parameters,FIPs),以全面评估疲劳过程中的损伤程度.研究结果表明,疲劳损伤主要集中在塑性滑移严重和能量耗散高的区域,特别是α相与β相的界面位置.此外,晶粒内部的拉压不对称性导致晶格旋转,进而加剧了应变的局部化,加速了微观结构的演变.通过与试验寿命数据的对比发现,基于累积塑性滑移的寿命预测方法相较于基于累积能量耗散的预测方法展现出更高的准确性.同时,与传统的Coffin-Manson(C-M)模型相比,基于疲劳指示因子的预测方法更好地揭示了不同微观结构Ti6Al4V ELI钛合金寿命的差异性.研究不仅为提高Ti6Al4V ELI钛合金疲劳裂纹萌生寿命预测的准确性提供了新的思路和方法,同时也为该材料在实际应用中的安全性和可靠性提供了有力的支持.
关键词：晶体塑性疲劳指示因子裂纹萌生疲劳寿命预测钛合金
分类号：TG146.2(金属学与热处理)
论文发表日期：2025-12-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 1-17 )
英文信息