研究了六种TiAl合金在交变载荷下的疲劳损伤容限和控制机制。在三种热暴露状态下，定量评估了表面缺陷，应力集中，氧化和内部组织对疲劳性能的影响，并揭示出相应的内在控制因素。此研究确定了合金抵抗疲劳损伤的能力，揭示了热暴露对疲劳抗力的影响，建立了相应的数据库，为合金在高温安全应用提供了参考依据。 研究发现， 1)在热暴露前, 合金对表面损伤的敏感性与合金的屈服强度成反向关系。对高强度合金，电解抛光优于喷丸；对中、低强度合金，喷丸却优于电解抛光。2) 整体热暴露导致应力弛豫的有益效应，同时又导致热暴露脆化的有害效应。对高强度合金，有害效应大于有益效应；对中、低强度合金， 则相反。 其机理是：中、低强度合金有较低的a2分解引起的释氧脆化和B2 ω析出引起的相变脆化。 试样单体热暴露 氧化会严重引起喷丸样品的疲劳抗力衰退，有限度地引起抛光样品性能减低，但对线切割样品却无损害。 总的说来，所有合金的电解抛光均能承受长期热暴露 氧化的不利影响。 本课题还研究了八种合金在热暴露前后的疲劳短裂纹行为。结合长裂纹扩展速率门槛值和光滑样品疲劳强度，构建了Kitagawa-Takahashi点线图。研究发现， 所有合金均存在“短裂纹效应”：合金的实际疲劳抗力不同程度地被弱化，既低于光滑样品的疲劳强度，同时也低于长裂纹扩展门槛值所确定的水准。研究发现，这种“短裂纹效应”在高强度合金中明显，中、低强度合金中次之。长期热暴露能导致光滑样品的疲劳强度和长裂纹扩展门槛值改善，但是， 由于热暴露引起的组织脆化，所有合金对“短裂纹效应”更加敏感， 发生“短裂纹效应”的非安全尺寸范围扩大。重新定义了保证安全的有效长裂纹扩展门槛值和有效短裂纹过渡尺寸， 为今后的零件设计提供了基础。 针对中低强度合金开展了序列热暴露研究。研究发现， 中低强度合金含有较少a2层片和极少β (B2 ω)相。 热暴露时， a2层片的分解和β (B2 ω的析出也明显较少。因此，释氧脆化和相变脆化均较弱。拉伸和疲劳性能下降很少，甚至出现热暴露强化。 此项工作填补了多类型TiAl合金高温组织热稳定性研究中的空白。 本项目研究了合金的氧化行为。 氧化的时间-增重曲线遵守 ”初期快速，中期稳衡，后期再增快”的三段式特征。 氧化表面主要包含Al2O3, TiO2 and (Ti, Nb)O2等多种氧化物。力学性能在氧化后下降不多。

服役中的TiAl合金零件长期暴露在高温大气环境中(如700C，10000小时)，会出现三种主要的显微组织改变：a）内部组织分解和相变，b）表面氧化, c）表面外来异物损伤。本课题将系统研究多种化学成分的低、中、高强度的合金在长期大气热暴露中发生的这三种组织变化的特征。研究将针对三种热暴露态来开展：a）无热暴露, b）热暴露内部组织变化, c）热暴露内部组织变化＋表面氧化， 揭示在三种热暴露态下， 在表面光滑和表面存在缺陷时这些合金的疲劳裂纹启裂行为。 本课题的主要目的是确定这些合金的疲劳损伤容忍限度， 揭示热暴露过程中这三种组织变化影响合金的疲劳裂纹萌生抗力的机制，并定量确定其影响程度。此外，建立多种TiAl合金在大气热暴露中的氧化动力学曲线，揭示氧化层的形成规律。通过对多种TiAl合金抵抗缺陷和裂纹损伤能力的评估，通过探索控制这些行为的内在规律，为TiAl合金的安全稳定的应用提供参考。

试验完成后由试验承担单位编写疲劳和损伤容限试验的试验报告，报告包括试验总情况及进展情况，其主要内容为：

①试验目的、试验内容、试验依据及试验进展情况；

②试验方法、试验设备、试验载荷谱、加载方法；

③试验结构在试验中出现的故障或损伤及对应的载荷循环数，损伤的部位及尺寸大小、方向和起止点．裂纹扩展规律；

④剩余强度试验载荷、结论；

⑤试验件修理情况；

⑥试验结果、结论，对批量生产件必须更改的建}义，对各种特殊破坏进行讨论，报告

附略图及照片。2100433B

损伤容限型钛合金板材制定背景

随着飞机设计理念由单纯静强度向损伤容限设计原则发展，钛合金材料也逐步由追求单一高强度或疲劳性能向高韧性、低裂纹扩展速率等损伤容限型综合高性能方向发展。中国已成功研制了TA15、TC4ELI等损伤容限型钛合金板材，已在战斗机、大型军用运输机等航空产品上得到了广泛应用。截止2019年，中国尚未建立损伤容限型钛合金板材的国家标准，给生产单位和需求单位带来很大的不便，且不利于产品的推广和应用。鉴于此，制定了国家标准《损伤容限型钛合金板材》（GB/T 38988-2020）。

损伤容限型钛合金板材编制进程

• 标准计划

2018年10月16日，国家标准计划《损伤容限型钛合金板材》（20173769-T-610）下达，项目周期24个月，由中国有色金属工业协会提出，由TC243（全国有色金属标准化技术委员会）归口上报，TC243SC4（全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会）执行，主管部门为中国有色金属工业协会。

• 发布实施

2020年7月21日，国家标准《损伤容限型钛合金板材》（GB/T 38988-2020）由中华人民共和国国家市场监督管理总局、中华人民共和国国家标准化管理委员会发布。

2021年6月1日，国家标准《损伤容限型钛合金板材》（GB/T 38988-2020）实施。

损伤容限型钛合金板材制定依据

国家标准《损伤容限型钛合金板材》（GB/T 38988-2020）依据中国国家标准《标准化工作导则—第1部分：标准的结构和编写》（GB/T 1.1-2009）规则起草。

损伤容限型钛合金板材起草工作

主要起草单位：宝钛集团有限公司、有色金属技术经济研究院、宝鸡钛业股份有限公司、中航沈飞民用飞机有限责任公司。

主要起草人：王勤波、陈海涛、张江峰、冯军宁、胡志杰、严学波、高颀、贾栓孝、马忠贤、黄杰、白智辉、解晨、刘旭、冯永琦。

《损伤容限型钛合金板材》（GB/T 38988-2020）规定了损伤容限型钛合金板材的技术要求、试验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存、质量证明书和订货单（或合同）内容。该标准适用于轧制方法生产的损伤容限型钛合金板材。