2024年6月1日发(作者：殳凌)
Ti-6Al-4V钛合金高温持久性能研究
文光平，王丹妮，董晓峰
（中航工业西安航空发动机（集团）有限公司 材料检测研究中心，陕西 西安 710021）
摘 要：在6个应力点对Ti-6Al-4V钛合金棒材进行了400℃持久试验，采用三种方法对试验
数据进行了处理，得到了三种应力(σ)—时间(τ)关系曲线，研究了三种拟合方法的差异，
测出了Ti-6Al-4V钛合金PL-M(σ)=T(C +lgτ)式中的C值，总结了该合金400℃持久试验断
后延伸率δ和断面收缩率ψ的变化规律。
关键词：钛合金；持久强度；拟合；C值。
中图分类号： 文献标识码：
0引言
Ti-6Al-4V钛合金是一种较为成熟的α+β型钛合金，比强度高、耐腐蚀性强，应用范围
较广，在涡轮发动机上常被用来制造风扇叶片、涡轮盘等部件[1]。测试并研究其持久性能及
规律具有重要工程价值。
本文通过一系列持久试验，采用三种方法对试验数据进行了处理，得出了该合金400℃持
久试验的应力—时间关系曲线，对该材料持久性能检测的改进和寿命预测具有重要意义。此
外，还研究了三种拟合方法的优劣，求出了Ti-6Al-4V钛合金PL-M(σ)表达式中的C值，对
该合金持久试验数据具有实际意义。
1 试验材料、方法及过程
1.1 试验材料
试验用料选用Ti-6Al-4V钛合金Φ16棒材，状态为R，化学成分如表1所示。
表1 试验用材化学成分（ω/%）
C
0.010
Si
0.022
V
4.11
Al
6.32
Fe
0.049
N
0.014
H
0.004
O
0.15
试验用料经过退火处理后使用，热处理制度为：800℃，2h，空冷。
1.2 试验方法及过程
1.2.1 持久试验应力点的预定
按照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸实验方法》，实测试验用料400℃下的σb和σ0.2。
由三个有效数据取平均值，得到该材料的400℃抗拉强度和规定非比例延伸强度分别为：σ
b=675 MPa；σ0.2 =540 MPa。
根据σb和σ0.2预定如下6个持久应力点： 670 MPa、660 MPa、645 MPa、630 MPa、
615 MPa、570 MPa。
1.2.2 持久试验
根据HB 5150-1996《金属高温拉伸持久试验方法》，在RD-30型试验机上按照预定的6
个应力点进行400℃持久试验，直至试样断裂，记录断裂时间
、断后延伸率
δ
和断面收缩率
- 93 -
ψ
。
此外，为求得Ti-6Al-4V钛合金
P
L-M
(σ)表达式中的C值，需要测试该合金在其它温度下的
持久参数。根据HB 5150-96《金属高温拉伸持久试验方法》，在420℃，615MPa下，对三根持
久标准试样进行持久试验，直至试样断裂，记录断裂时间。
2 试验结果与分析
2.1 持久试验结果
本次Ti-6Al-4V钛合金棒材400℃持久试验共得到6组有效试验数据，结果如表2所示；
420℃持久试验结果如表3所示。
表2 Ti-6Al-4V钛合金棒材400℃持久试验结果
/MPa
实测值
12.40
670
11.33
10.48
39.47
660
21.50
22.65
41.75
645
39.43
50.83
44.00 72.5 27.5 570 1025.051025.05 75.5 30.0
27.87 71.5 25.0 615
11.40 71.5 24.0 630
/h
平均值
/% /% /MPa
实测值
94.10
131.47
91.00
194.25
162.10
177.35
177.9 75.0 29.5
105.52 73.0 28.0
/h
平均值
/% /%
表3 Ti-6Al-4V钛合金棒材420℃持久试验结果
应力/MPa
实测值
25.50
615
45.90
26.23
32.54
断裂时间/h
平均值
2.2 试验数据处理
2.2.1 幂指数拟合
以时间为横轴应力为纵轴，将表1中应力σ和相应的持久断裂时间τ（实验值）以及τ
（平均值）绘图（图1），可以发现数据点的趋势线具有幂指数特征，利用回归处理可得出曲
线方程为：
实验值拟合关系曲线：
平均值拟合关系曲线：
- 94 -
（1）
（2）
2024年6月1日发(作者：殳凌)
Ti-6Al-4V钛合金高温持久性能研究
文光平，王丹妮，董晓峰
（中航工业西安航空发动机（集团）有限公司 材料检测研究中心，陕西 西安 710021）
摘 要：在6个应力点对Ti-6Al-4V钛合金棒材进行了400℃持久试验，采用三种方法对试验
数据进行了处理，得到了三种应力(σ)—时间(τ)关系曲线，研究了三种拟合方法的差异，
测出了Ti-6Al-4V钛合金PL-M(σ)=T(C +lgτ)式中的C值，总结了该合金400℃持久试验断
后延伸率δ和断面收缩率ψ的变化规律。
关键词：钛合金；持久强度；拟合；C值。
中图分类号： 文献标识码：
0引言
Ti-6Al-4V钛合金是一种较为成熟的α+β型钛合金，比强度高、耐腐蚀性强，应用范围
较广，在涡轮发动机上常被用来制造风扇叶片、涡轮盘等部件[1]。测试并研究其持久性能及
规律具有重要工程价值。
本文通过一系列持久试验，采用三种方法对试验数据进行了处理，得出了该合金400℃持
久试验的应力—时间关系曲线，对该材料持久性能检测的改进和寿命预测具有重要意义。此
外，还研究了三种拟合方法的优劣，求出了Ti-6Al-4V钛合金PL-M(σ)表达式中的C值，对
该合金持久试验数据具有实际意义。
1 试验材料、方法及过程
1.1 试验材料
试验用料选用Ti-6Al-4V钛合金Φ16棒材，状态为R，化学成分如表1所示。
表1 试验用材化学成分（ω/%）
C
0.010
Si
0.022
V
4.11
Al
6.32
Fe
0.049
N
0.014
H
0.004
O
0.15
试验用料经过退火处理后使用，热处理制度为：800℃，2h，空冷。
1.2 试验方法及过程
1.2.1 持久试验应力点的预定
按照GB/T4338-2006《金属材料高温拉伸实验方法》，实测试验用料400℃下的σb和σ0.2。
由三个有效数据取平均值，得到该材料的400℃抗拉强度和规定非比例延伸强度分别为：σ
b=675 MPa；σ0.2 =540 MPa。
根据σb和σ0.2预定如下6个持久应力点： 670 MPa、660 MPa、645 MPa、630 MPa、
615 MPa、570 MPa。
1.2.2 持久试验
根据HB 5150-1996《金属高温拉伸持久试验方法》，在RD-30型试验机上按照预定的6
个应力点进行400℃持久试验，直至试样断裂，记录断裂时间
、断后延伸率
δ
和断面收缩率
- 93 -
ψ
。
此外，为求得Ti-6Al-4V钛合金
P
L-M
(σ)表达式中的C值，需要测试该合金在其它温度下的
持久参数。根据HB 5150-96《金属高温拉伸持久试验方法》，在420℃，615MPa下，对三根持
久标准试样进行持久试验，直至试样断裂，记录断裂时间。
2 试验结果与分析
2.1 持久试验结果
本次Ti-6Al-4V钛合金棒材400℃持久试验共得到6组有效试验数据，结果如表2所示；
420℃持久试验结果如表3所示。
表2 Ti-6Al-4V钛合金棒材400℃持久试验结果
/MPa
实测值
12.40
670
11.33
10.48
39.47
660
21.50
22.65
41.75
645
39.43
50.83
44.00 72.5 27.5 570 1025.051025.05 75.5 30.0
27.87 71.5 25.0 615
11.40 71.5 24.0 630
/h
平均值
/% /% /MPa
实测值
94.10
131.47
91.00
194.25
162.10
177.35
177.9 75.0 29.5
105.52 73.0 28.0
/h
平均值
/% /%
表3 Ti-6Al-4V钛合金棒材420℃持久试验结果
应力/MPa
实测值
25.50
615
45.90
26.23
32.54
断裂时间/h
平均值
2.2 试验数据处理
2.2.1 幂指数拟合
以时间为横轴应力为纵轴，将表1中应力σ和相应的持久断裂时间τ（实验值）以及τ
（平均值）绘图（图1），可以发现数据点的趋势线具有幂指数特征，利用回归处理可得出曲
线方程为：
实验值拟合关系曲线：
平均值拟合关系曲线：
- 94 -
（1）
（2）