本发明属于有色金属技术领域，特别涉及一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型。
背景技术：
高强钛合金具有高强轻质、耐高温、耐腐蚀与成型性优良等优点，在航空结构、航空发动机压气机叶片、汽轮机叶片等领域得到广泛运用。高强钛合金结构在高速运转时承受高频振动疲劳载荷，在长期服役过程中承受的循环载荷可达109周次，即超高周疲劳。由于高强钛合金材料缺陷较少，超高周疲劳裂纹往往在钛合金材料内部显微组织处萌生。采用合理的双态热处理工艺，优化合金显微组织，如果初生α相尺寸、β相转变组织尺寸及其含量等，是提高高强钛合金超高周疲劳性能的关键。
对于高强钛合金超高周疲劳而言，超高周疲劳损伤是非线性损伤特征，但目前非线性损伤评价中并没有相关参数来反应合金显微组织与热处理工艺，因此目前的评价模型不能准确的评价高强钛合金的超高周疲劳热处理工艺。
技术实现要素：
本发明提供一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型，采用超声疲劳试验获取高强钛合金超高周疲劳性能，基于非线性损伤力学理论，引入反映材料热处理工艺、显微组织特征的参数，建立材料的疲劳性能方程，定量评价高强钛合金抗超高周疲劳的热处理工艺。
为解决上述问题，本发明采用下述技术手段。
一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型，包括以下步骤：
(1)采用超声疲劳方法对双态组织的高强钛合金进行超高周次疲劳试验，试验频率20khz，获得材料疲劳强度-寿命数据，绘制材料疲劳s-n曲线，根据s-n曲线计算参数s和s1，其中s为材料疲劳损伤强度，s1为非线性累积参数；
(2)对双态组织的高强钛合金进行拉伸试验，加载速率0.00007s-1～0.002s-1，绘制高强钛合金的拉伸曲线，并根据拉伸曲线计算出材料的弹性模量e、硬化系数k、材料参数c＝0.6e/k、抗拉强度σb；
(3)取1～i份高强钛合金试样，标记为试件1～i，对试件1～i进行不同热处理工艺，然后对若干高强钛合金进行金相处理，选取其显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元，用显微硬度计采用显微硬度计测定初生α相的硬度与转变β相的硬度，将初生α相的硬度值设定为初生α相的弹性模量ea，将转变β相的硬度值设定为转变β相的弹性模量eb；
(4)利用abaqus有限元分析方法计算材料显微组织的力学参数kf，对试件1～i进行金相处理，并对其进行金相处理，在高强钛合金的显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元，对代表单元进行局部细化网格，施加远场应力σn，并输入步骤(3)中所测定的初生α相的弹性模量ea及转变β相的弹性模量eb，计算初生α相附近区域的应力分布，获得最大应力σmax，则力学参数kf＝σmax/σn；
(5)将以上述测定的参数代入并建立不同热处理工艺的高强钛合金疲劳性能方程：
其中σm为疲劳强度，nr为疲劳寿命，s为材料疲劳损伤强度，s1为非线性累积参数，σe为材料的疲劳极限且
为三向应力函数：
kf为反映材料热处理工艺及显微组织特征的参数；
(6)通过建立的试件1～i的高强钛合金疲劳性能方程，绘制并比较试件1～i不同热处理工艺的高强钛合金疲劳性能曲线，最终获得最优热处理工艺。
本发明的有益效果为：本发明采用超声疲劳试验获取高强钛合金超高周疲劳性能，基于非线性损伤力学理论，引入反映材料热处理工艺、显微组织特征的参数，建立材料的疲劳性能方程，定量评价高强钛合金抗超高周疲劳的热处理工艺。
附图说明
图1为高强钛合金超高周疲劳强度-寿命曲线。
图2为高强钛合金拉伸曲线。
图3为试件1及试件2疲劳强度-寿命曲线
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1
一种基于超高周疲劳性能的高强钛合金热处理工艺评价模型，包括以下步骤：
(1)采用超声疲劳方法对双态组织的高强钛合金进行超高周次疲劳试验，试验频率20khz，获得材料疲劳强度-寿命数据，绘制材料疲劳s-n曲线，如图1所示，根据s-n曲线计算参数s和s1，其中s为材料疲劳损伤强度，s＝130，s1为非线性累积参数，s1＝3；
(2)对双态组织的高强钛合金进行拉伸试验，加载速率0.00025s-1，绘制高强钛合金的拉伸曲线，其拉伸曲线如图2所示，并根据拉伸曲线计算出材料的弹性模量e＝110gpa、硬化系数k＝1634、材料参数c＝0.6e/k＝40.4、抗拉强度σb＝1100mpa；
(3)取2块高强钛合金试样，第一块高强钛合金试样标记为试件1，对试件1进行固溶处理，固溶温度为800℃，固溶时间为0.5h，固溶冷却方式为空冷；第二块高强钛合金试验标记为试件2，对试件2进行固溶+时效处理，固溶温度为810℃，固溶时间为0.5h，固溶冷却方式为空冷，时效温度为540℃，时效时间为16h，时效冷却方式为空冷，然后分别对试件1及试件2进行金相处理，选取其显微组织中初生α相+转变β相组织为代表单元，用显微硬度计采用显微硬度计测定试件1及试件2的初生α相的硬度与转变β相的硬度，将试件1的初生α相的硬度值设定为试件1的初生α相的弹性模量ea1＝118，将试件1的初生α相的硬度值设定为试件2的初生α相的弹性模量ea2＝130gpa，将试件1的转变β相的硬度值设定为试件1的转变β相的弹性模量eb1＝96gpa，将试件2的转变β相的硬度值设定为试件2的转变β相的弹性模量eb2＝104gpa，；
(4)利用abaqus有限元分析方法计算材料显微组织的力学参数kf，对进行不同热处理后的试件1和试件2分别其进行金相处理，选取初生α相+转变β相组织为代表单元，对代表单元进行局部细化网格，施加远场应力σn＝300mpa，并输入步骤(3)中所测定的试件1及试件2初生α相的弹性模量ea1及ea2及转变β相的弹性模量eb1及eb2，计算试件1及试件2初生α相附近区域的应力分布，获得试件1最大应力σmax1及试件2的最大应力σmax2，并带入计算力学参数的公式kf＝σmax/σn，计算出试件1的kf1＝1.14及试件2的kf2＝1.42；
(5)将以上述测定的参数代入并建立不同热处理工艺的高强钛合金疲劳性能方程：
其中σm为疲劳强度，nr为疲劳寿命，s为材料疲劳损伤强度，s1为非线性累积参数，σe为材料的疲劳极限且
为三向应力函数：
kf为反映材料热处理工艺及显微组织特征的参数；
(6)通过建立试件1及试件2的高强钛合金疲劳性能方程，绘制并比较试件1及试件2的高强钛合金疲劳性能曲线，如图3所示，从图3中可以看出试件2的热处理工艺优于试件1的热处理工艺。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。