特殊温度环境下合金金属材料的力学性能研究

发布时间：2017-10-10 17:49

  本文关键词：特殊温度环境下合金金属材料的力学性能研究

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【摘要】：钛合金是航空工业中应用广泛的金属结构材料。具有比强度高,耐腐蚀性好,热稳定性好等优点。TC4钛合金主要用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片及飞机结构件。本文采用Instron5982型电子万能材料试验机和Vic-3D(Video image correlate-3D)在室温及高温(200、400、600、800、1000?C)下对TC4合金进行了拉伸性能试验,得出相应条件下的力学性能,并利用日本Matsuzawa MMT-X硬度计测试其不同温度下硬度性能。利用蔡司光学显微镜(OM)和XRD分析等分析测试手段,分析不同温度下合金拉伸后的微观组织及相成分。利用扫描电子显微镜(SEM)对拉伸试样断口进行观察,研究了温度及拉伸速度对材料失效的影响,并对TC4钛合金高温下的拉伸断裂机制进行了分析和讨论。结果分析表明:在拉伸速度0.5mm/min,拉伸温度为室温、200?C、400?C、600?C、800?C及1000?C条件下,随着温度的升高,TC4钛合金的抗拉强度和屈服强度降低,抗拉强度从799.9MPa降到15.1MPa,屈服强度则由731.2MPa降为12.4MPa;而延伸率则随着试验温度的升高先变大后减小,且在800?C时达到最大值,约为332%。硬度值随温度升高先增大后减小再增大;通过金相及XRD分析,得到随着拉伸温度的升高,?相体积分数减小,晶粒尺寸长大,1000?C时,转化为?相。扫描电镜结果显示,随着温度的升高,韧性断裂特征逐渐增强,脆性断裂特征逐渐减少,800?C时脆性断裂特征消失,断裂机制随温度的升高由准解理断裂转变为韧性断裂。拉伸温度400?C,拉伸速度0.1mm/min、0.5 mm/min、1 mm/min、2 mm/min及4mm/min时拉伸结果表明,TC4钛合金的强度随着拉伸速度的增大而变大,抗拉强度由621.9MPa升到659.7MPa,屈服强度则由495.1MPa升高到529.1MPa;延伸率先增大后减小,拉伸速度0.5mm/min时最大,约为22%;扫描电镜结果表明,不同拉伸速度下的断口均存在大量韧窝和小的解理面,断裂机制为准解离断裂。而随着拉伸速度的增大,脆性断裂特征增多,材料的抵抗塑性变形的能力加强。
【关键词】：TC4钛合金 高温拉伸 力学性能 显微组织 断裂机制
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V252.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 钛及钛合金概述12-14
• 1.2.1 钛及钛合金特点12-13
• 1.2.2 钛合金的分类13-14
• 1.3 TC4钛合金的显微组织14-16
• 1.4 钛合金高温研究国内外现状16-17
• 1.5 课题研究目的及内容17-19
• 第二章 试验材料、设备及试验方法19-30
• 2.1 试验材料19-21
• 2.1.1 试验材料19
• 2.1.2 拉伸试样19-21
• 2.2 测试设备21-24
• 2.2.1 电子万能材料试验机（Instron5982型）21-22
• 2.2.2 显微硬度计22-23
• 2.2.3 Vic-3D测量系统23-24
• 2.3 试样制备设备24-25
• 2.4 分析设备25-26
• 2.4.1 Hitachi S-3400N扫描电子显微镜25
• 2.4.2 X射线衍射仪（XRD）25-26
• 2.4.3 蔡司万能金相显微镜26
• 2.5 试验方法26-30
• 2.5.1 拉伸性能测试26-27
• 2.5.2 Vic-3D系统测试27-28
• 2.5.3 显微硬度测试28
• 2.5.4 XRD测试28-29
• 2.5.5 显微组织观察29
• 2.5.6 微观断口形貌观察29-30
• 第三章 TC4钛合金的室温拉伸结果及性能分析30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 TC4钛合金的室温温拉伸30-31
• 3.3 Vic-3D测量分析31-37
• 3.3.1 应变与时间的关系分析31-34
• 3.3.2 应力与时间的关系分析34
• 3.3.3 应变速率与时间的关系分析34-36
• 3.3.4 Vic-3D与电子万能材料试验机结果对比分析36-37
• 3.4 室温拉伸断口分析37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 TC4钛合金高温拉伸结果及性能分析40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 拉伸结果及性能的分析40-49
• 4.2.1 不同试验温度下TC4钛合金力学性能40-43
• 4.2.2 温度对TC4钛合金显微组织的影响43-46
• 4.2.3 不同温度下XRD的分析46
• 4.2.4 温度对材料硬度的影响46-47
• 4.2.5 不同拉伸速率下TC4钛合金力学性能47-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 TC4钛合金拉伸断裂机制51-67
• 5.1 引言51
• 5.2 TC4钛合金拉伸试验断口分析51-65
• 5.2.1 不同温度下TC4钛合金拉伸断口分析51-62
• 5.2.2 不同拉伸速率下TC4钛合金拉伸断口分析62-65
• 5.3 本章小结65-67
• 第六章 结论67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 作者简介73

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本文编号：1007759