随着航空航天技术的进取，高温钛合金在航空航天领域的利用越来越宽泛［1］ 。TA32钛合金是一种近α型高温钛合金，属于Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta系统，由中国科学院金属钻研所于1980年代研造成功。其拥有辽阔的利用和六边形缜密堆积的晶体结构［2-4］ 。

通从前除对可焊性影响显著的Nd，并增长Nb和Ta等热强化元素，大幅提高了TA32合金的焊接性。这种合金阐发出优异的综合机能，蕴含高温拉伸强度、抗委顿性和抗蠕变性［5-6］ 。钛合金高温服役过程会产生氧化，导致力学机能严沉降落。高浓度的氧溶化还会导致氧脆景象。氧气通过氧化膜急剧扩散并溶化于基体合金，导致基体合金表表产生脆性层，从而恶化合金的力学机能并增长开裂偏差［7］ 。氧化和氧脆是影响高温钛合金塑性和热不变性的沉要成分。通过适当的表表处置提高钛合金的抗高温氧化性极度必要。

涂层覆盖在基体表表，与基体在组分或结构等存在差距，具备比基体更优越的个性。涂层的利用能够隔离构件在极端工作环境下受到的影响，例如防热、防辐射、耐磨、防侵蚀、防冲刷和防撞击等方面，以维持关键构件的最大工作机能，提高构件的委顿机能和使用寿命。国内表对涂层抗高温氧化的钻研都很活跃［8］ 。

因而，针对钛合金高温抗氧化性的改善，涂覆抗氧化涂层，从而提升委顿抗力。如今在航空飞行器的造作过程中，衔接技术必不成少，机械衔接占很大一部门，像飞机重要承力结构，飞机大部件对接，如机翼与机身的对接，还有一些必要经；蚨ㄆ诓鹦兜慕峁辜都为螺栓衔接，飞机上的螺栓衔接件中匹敌委顿要求高的结构还能够使用高锁螺栓［9］ 。例如波音 747 上就利用了高锁螺栓 4 万件。

TA32钛合金衔接件拥有衔接强度高、服役温度高、装拆方便蹬着点，可作为备选资料利用于飞机机身框架、机翼蒙皮等部位。委顿机能是工程结构件最关注的机能之一，航空结构件更是如此［10］ 。因而，钻研TA32钛合金衔接件的委顿机能拥有沉要意思。国内表关于TA32钛合金板材的高温变形及显微组织的钻研有好多报路，而关于高温氧化环境下的TA32钛合金衔接件的委顿机能少有报路。

本文作者通过度析显微组织、委顿寿命和断口描摹，钻研了抗氧化涂层对TA32钛合金衔接件在高温氧化环境下的委顿机能的影响。为TA32钛合金在航空飞行器高温环境中的工程化利用提供步骤与试验凭据。

1、 试验资料与步骤

试验件由TA32钛合金锻件、A286螺栓、30CrMn?SiA螺母及垫圈组成。TA32钛合金化学成分如表1所示。表2为分歧衔接件的试验状态。试验件示意图如图1所示。依照HB 5143—1996要求，用PLW-100电液伺服动静全能机进行室温静态拉伸试验，选定委顿试验的最大载荷。选未经处置、经550 ℃×100 h热处置、涂覆抗氧化涂层并进行同样热处置的 3种试样。

而后按 HB 5287—1996在 PLW-100电液伺服动静全能试验机上进行委顿试验，委顿试验在室温与高温（600 ℃）下进行，试验波形为正弦波，频率为10 Hz，应力比为0.06。在委顿断口靠近委顿源的断裂表表截试样，观察显微组织，用 Kroll侵蚀剂（HF、HNO 3 、H 2 O的体积比为1∶2∶50）侵蚀后，用OLYMPUS光学显微镜观察显微组织；用ΣIGMA扫描电子显微镜观察断口描摹。

2 、了局与会商

2.1 未经处置衔接件试样的委顿机能

2.1.1 委顿寿命对比

图2为委顿寿命柱形图？芍，TA32钛合金衔接件在室温下，未经处置的试件寿命高于550 ℃×100 h热处置及涂覆涂层并热处置的试件，经热处置后委顿寿命降落65%，此热处置是高温氧化过程，批注高温氧化对试验件的委顿寿命不利，其委顿抗力显著降落；然而，在涂覆抗氧化涂层后再进行一样热处置，其委顿寿命降落60%，降幅削减，注明在室温下，通过涂覆抗氧化涂层能降低热处置中高温氧化的不利影响，提升衔接件的委顿抗力。在600 ℃下，未经处置和经热处置的试件均低于一致状态下室温的委顿寿命，且后者比 前者委顿寿命降低 74%。这批注除热处置表，高温600 ℃也对试件委顿机能不利。通过对TA32钛合金衔接件进行涂覆抗氧化涂层再进行550 ℃×100 h保温热处置后，其委顿寿命较未经处置试验件显著提升24%，注明在高温600 ℃下，涂覆抗氧化涂层不仅能抵消热处置中的高温氧化且能使衔接件的委顿机能提升。由此能够看出，在高温下用抗高和善抗氧化的涂层资料可提升钛合金基体的委顿机能。

2.1.2 显微组织

图3为分歧温度下分歧状态TA32钛合金衔接件的显微组织Ｄ芄豢闯，所有试样组织的α相均由两部门组成，别离为初生α相和β相分化产生的次生α相，初生α相为球状，次生α相是片层状；由初生α相和转变β相（片层α相和保留β相的混合组织）组成的双态组织，拥有杰出的综合机能，是强度、塑性、韧性、热强性的最佳匹配。

由图3b、e能够看出，TA32钛合金衔接件经550℃×100 h热处置后，其组织产生变动，在室温与高温600 ℃下的显微组织中均发现初生α相长大，次生α相粗化、长大。α相粗壮，会使组织不均，易产生应力集中导致强度降低，进而导致衔接件委顿机能降低。

图3c、f为涂覆抗氧化涂层后进行热处置试样的显微组织Ｄ芄豢闯，初生α相与次生α相无显著变动。注明抗氧化涂层能抵消TA32钛合金衔接件在热处置中高温氧化对基体的不利影响。通过抗氧化涂层在钛合金基体表表形成的致密氧化膜，使钛合金基体在室和善高温600 ℃下均有一个优良的抗高温氧化机能，进而影响TA32钛合金衔接件的委顿机能。

2.1.3 断口描摹

图4为衔接件A1试样委顿断口的宏观描摹Ｄ芄豢闯，断口可分为委顿裂纹源区、裂纹扩大区和瞬断区。委顿裂纹源区位于试样表表螺栓孔周围，该区域较光滑。这是由于螺栓孔周围的表表存在应力集中，而交替加载引起的应力变动促使裂纹从试样表表起头天生。在裂纹形成初期呈放射状，并逐步向内扩张，且极度密集，形成委顿裂纹扩大区，随后裂纹逐步稀少。在委顿源区，裂纹扩大速度非；郝，屡次循环后能力形成，所以委顿源区的断口通常比裂纹扩大区和瞬时断裂区更平展。随裂纹的加长，裂纹张口变大，扩大速度加快，裂纹稀少。当裂纹扩大到不及承担最大委顿载荷时，资料瞬间断裂，形成比力粗糙的表表描摹。对于整个断口而言，委顿源区所占的区域最幼，裂纹扩大区占的面积最大，约为断口描摹的一半。瞬断区约占整个断口面积的1/3［11］ 。

图5为未经处置的TA32衔接件在室温与高温下裂纹扩大区和瞬断区的断口描摹。图5a为试样在室温的裂纹扩大区微观描摹Ｄ芄豢闯，裂纹扩大区由河道花腔、解理台阶及大量的扯破脊、微幼的二次裂纹和峭壁组成，断口表表高杜仔较大的升沉，裂纹走向崎岖，阐发出准解理特点，注明其拥有穿晶开裂特点［12］ 。

图5c是高温下的裂纹扩大区微观描摹，断口表表高度升沉减缓，整体以解理断裂为主，能够看见委顿辉纹描摹。裂纹扩大必要亏损应变能，而扯破棱，二次裂纹和峭壁的形成城市亏损应变能。当试样的渣滓衔接部门不及以接受循环载荷时，会产生委顿裂纹扩大，导致试样忽然断裂。衔接件A1和B1的的微观状态揭示了孔隙荟萃型凹坑的特点状态，能够观察到，经历循环次数较多的试件A1断裂窝较幼、较浅，而经历周期次数较少的试件B1断裂窝较大、更深（图5b、d）。这是由于寿命较长的试样拥有较大的裂纹扩大区域和较幼的断裂渣滓区域，导致在产生足够的凹坑变形之前过早断裂。相反，寿命较短的试样阐发出较大的断裂带，批注凹陷变形充分直至不及以接受断裂应力。此表，在委顿测试期间，高温会缩短露出表表的TA32钛合金衔接件的委顿寿命。

2.2 室温下抗氧化涂层对衔接件委顿机能的影响

图6a为热处置后在室温下委顿试件A2的裂纹扩大区。断口表表高度无大的升沉，存在大量的解理台阶、少量扯破棱及清澈的委顿条，且左近伴有幼韧窝。阐发出准解理特点。图6b为试件A2瞬断区描摹，重要以尺寸、状态不一的解理台阶、韧窝和微裂纹组成。

图6c为涂覆抗氧化涂层并热处置的试件A3的裂纹扩大区，表表有较大升沉，以解理断裂为主，以扇形的方式向表扩大，形成解理扇形，且存在较长的二次裂纹。

图6d为试件A3瞬断区描摹，是经典的微孔荟萃型韧性断口，散布着很多典型的韧窝花腔Ｄ芄豢闯，经热处置的试件A2委顿断口平展，与A1相比无太多扯破棱、二次裂纹和峭壁存在，其裂纹扩大所需应变能相应削减，使 A2的裂纹扩大速度比A1大，导致A2的寿命幼于A1；涂覆抗氧化涂层并热处置的试件A3较A2存在较长的二次裂纹，其产生必要亏损应变能，所以裂纹扩大必要亏损的应变能高，扩大速度变幼，所以寿命有所提升。由于经热处置的试样A2的委顿寿命较涂覆抗氧化涂层再热处置的试样A3幼，所以图6b的韧窝较图6d幼而浅。

图7为室温下佑注无涂层TA32钛合金衔接件的委顿断口宏观描摹Ｄ芄豢闯，TA32钛合金的委顿曲线和扩大棱线不显著。在无抗氧化涂层时，委顿扩大棱线的肇始地位均匀散布在孔的内壁，并沿水平方向扩大。而在涂覆抗氧化涂层后，断口中孔的内壁下部出现曲线扩大棱线［13］ 。这是由于涂层扭转了资料表表层的应力状态？寡趸坎愕耐扛补桃肓瞬写嬗α，其在资料表表形成一种压应力状态。引入的残存压应力抑造了由位错反向滑移形成委顿裂纹的过程，影响了委顿裂纹的肇始地位，并抑造了靠近边缘区域的委顿裂纹的形成和扩大。这些压应力还能够缓解应力集中，并抑造裂纹扩大。加载时裂纹必要克服这些压应力能力持续扩大，从而延缓了裂纹的形成和扩大。

2.3 600 ℃下抗氧化涂层对衔接件委顿机能的影响

图 8a 为试件 B2 的裂纹扩大区。断口表表较平展，为河道花腔，存在清澈的委顿辉纹，每条委顿辉纹代表一次应力循环使裂纹产生一个微幼的扩大［14］ ，委顿条带及数量代表载荷循环和循环次数，而委顿条带间距与应力强度因子幅值亲昵有关。委顿条带可视为委顿裂纹扩大速度在断口上的微观阐发。图8b是试件 B2瞬断区描摹。重要以尺寸、状态不一的解理台阶、韧窝和微裂纹组成。图8c为试件B3的裂纹扩大区。表表高度升沉更大，存在大量解理台阶及微幼的二次裂纹。图8d为试件B3的瞬断区。断口描摹是经典的微孔荟萃型韧性断口，散布很多典型的韧窝花腔Ｄ芄豢闯，试件 B2的断口裂纹扩大蹊径相对平展，裂纹扩大蹊径与裂纹扩大方向单一，大多在统一维度上扩大，涂覆抗氧化涂层后，扩大蹊径变得复杂，裂纹沿多个方向在分歧的平面间扩大。委顿条纹密度显著高于无涂层的，且委顿条纹的间距减幼。委顿带的间距可近似反映委顿裂纹的增长速度。因而，能够揣度涂覆抗氧化涂层后能有效降低裂纹的扩大速度，这耽搁了委顿裂纹扩大的周期，进而耽搁了委顿寿命，注明涂覆抗氧化涂层不仅能有效抵抗高温氧化对TA32钛合金衔接件的不利影响，且能提升其高温下的委顿机能。

由图9a能够看出，裂纹萌生阶段的断口较光滑，粗糙度较低，委顿裂纹源呈此刻表表，放射状委顿沟线的交汇处，拥有多个裂纹源特点。由图 9b可知，涂覆涂层后的断口描摹相对粗糙，裂纹源首先呈此刻预裂纹面的内部，而后逐步向表延长，裂纹延长蹊径崎岖［15］ 。这批注，抗氧化涂层抑造了裂纹源产生且抑造了裂纹的扩大，其原因是抗氧化涂层能在高温下预防氧气与基材产生氧化反映。高温会引起基材表表天生氧化层，其与基材之间出现界面弱点，易于裂纹的形成和扩大？寡趸坎隳芄恍纬杀；げ，阻隔氧气进入 基材，从而削减了氧化层的形成，降低了裂纹的形成和扩大。从而提高了试件表表委顿抗力，抑造了委顿裂纹在表表的产生。延长或阻止资料表表裂纹的形成，以及次表表裂纹源的形成，并耽搁了委顿裂纹萌生的周期。

3、 结 论

1）经550 ℃×100 h热处置，会使TA32钛合金衔接件在室温与高温600 ℃下委顿机能分歧水平降落。这是由于α相粗壮，使资料组织很不均匀，易产生应力集中导致强度降低，进而导致衔接件委顿机能降低。

2）室温下抗氧化涂层能抵抗热处置氧化对TA32钛合金衔接件委顿机能的不利影响。这是由于引入了残存应力，能够在资料表表形成一种压应力状态，影响了委顿裂纹萌生的地位，抑造了靠近边缘区域的委顿裂纹萌生和扩大。

3）在高温600 ℃下抗氧化涂层不仅能有效抵抗热处置对TA32钛合金衔接件委顿机能的不利影响，并且能提升TA32钛合金衔接件的委顿机能。相对于未处置试件提升了24%，这重要是抗氧化涂层可能在高温下预防氧气与基材产生氧化反映，降低了裂纹的形成和扩大。

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