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重磅《Nature》子刊：填補空白！合金成分對鈦合金間歇性滑移以及保載疲勞的影響！

2022-10-14 14:13:46 作者：材料學網來源：材料學網分享至：

航空發動機中得到廣泛應用的核心材料鈦合金在實際應用中，通常受到低至其60%屈服應力的保載疲勞（dwell fatigue）的影響，造成鈦合金材料和發動機服役壽命大幅下降。在鈦合金受到保載疲勞作用下，其位錯的滑移現象被表征為具有仿佛在微觀尺度上的地震一般的間歇性，而這種間歇性很可能導致應力水平的大幅度波動，從而更容易導致鈦合金在Basal滑移平面上微裂紋的萌生，對鈦合金的保載壽命和影響性均有不利影響。

帝國理工學院材料學院團隊與美國賓夕法尼亞州立大學、美國Lawrence Livermore國家實驗室和Rolls-Royce材料研發部門合作，從蠕變實驗、材料表征和理論機理等兩個角度，揭示了Ti-7Al-O合金在不同熱處理和氧原子含量等合金條件下的間歇性滑移以及應力波動受其影響情況，印證了鈦合金在微觀尺度上的失效機理。該研究使用透射電鏡（TEM）和高能X射線衍射電子顯微鏡，分別對Ti-7Al-O合金在不同沉積相Ti3Al和氧原子含量下的位錯結構和應力水平進行檢驗。結合局部微觀組織結構，揭示了有序沉積相Ti3Al會同時提高鈦合金不同滑移系的間歇性，從而不利于其保載疲勞壽命。相反，適當提高氧原子含量能夠降低間歇性滑移的幅度，從而有利于鈦合金的保載壽命。

該研究在本課題組之前研究基礎上（http://doi.org/10.1038/s41467-020-19470-w）填補了對鈦基合金疲勞機理在瞬時尺度上的理解空白，從微觀力學角度為離散位錯動力學研究提供了新的研究驅動力，為航空發動機壽命的定量分析賦能，對航空發動機的壽命、可靠性和性能改善有著重要意義。該研究工作由英國皇家工程院院士David Rugg教授，鈦合金頂尖專家David Dye教授、微觀力學模擬學者徐軼倫博士、材料表征專家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。該研究部分成果發表在國際頂級綜合性期刊、《自然》子刊《自然·通訊》Nature Communications上，其中Felicity F. Worsnop博士為第一作者。