重磅《Nature》子刊：填补空白！合金成分对钛合金间歇性滑移以及保载疲劳的影响！

2022-10-14 14:13:46 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

航空发动机中得到广泛应用的核心材料钛合金在实际应用中，通常受到低至其60%屈服应力的保载疲劳（dwell fatigue）的影响，造成钛合金材料和发动机服役寿命大幅下降。在钛合金受到保载疲劳作用下，其位错的滑移现象被表征为具有仿佛在微观尺度上的地震一般的间歇性，而这种间歇性很可能导致应力水平的大幅度波动，从而更容易导致钛合金在Basal滑移平面上微裂纹的萌生，对钛合金的保载寿命和影响性均有不利影响。

帝国理工学院材料学院团队与美国宾夕法尼亚州立大学、美国Lawrence Livermore国家实验室和Rolls-Royce材料研发部门合作，从蠕变实验、材料表征和理论机理等两个角度，揭示了Ti-7Al-O合金在不同热处理和氧原子含量等合金条件下的间歇性滑移以及应力波动受其影响情况，印证了钛合金在微观尺度上的失效机理。该研究使用透射电镜（TEM）和高能X射线衍射电子显微镜，分别对Ti-7Al-O合金在不同沉积相Ti3Al和氧原子含量下的位错结构和应力水平进行检验。结合局部微观组织结构，揭示了有序沉积相Ti3Al会同时提高钛合金不同滑移系的间歇性，从而不利于其保载疲劳寿命。相反，适当提高氧原子含量能够降低间歇性滑移的幅度，从而有利于钛合金的保载寿命。

该研究在本课题组之前研究基础上（http://doi.org/10.1038/s41467-020-19470-w）填补了对钛基合金疲劳机理在瞬时尺度上的理解空白，从微观力学角度为离散位错动力学研究提供了新的研究驱动力，为航空发动机寿命的定量分析赋能，对航空发动机的寿命、可靠性和性能改善有着重要意义。该研究工作由英国皇家工程院院士David Rugg教授，钛合金顶尖专家David Dye教授、微观力学模拟学者徐轶伦博士、材料表征专家Felicity F. Worsnop博士、Rachel E. Lim博士、 Joel V. Bernier博士, Darren C. Pagan博士, Thomas P. McAuliffe博士等共同完成。该研究部分成果发表在国际顶级综合性期刊、《自然》子刊《自然·通讯》Nature Communications上，其中Felicity F. Worsnop博士为第一作者。