疲劳载荷与温度条件耦合作用下金属材料失效研究

发布时间：2017-12-12 01:14

  本文关键词：疲劳载荷与温度条件耦合作用下金属材料失效研究

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【摘要】：民用航空发动机的涡轮叶片长期在高温环境下工作,材料的高温力学性能相对复杂,会受到许多因素的影响,包括环境温度,腐蚀,所受载荷等等。由于这种复杂的工作环境,发动机的涡轮盘、涡轮叶片等部件时常会发生疲劳断裂现象,研究发动机的高温合金材料的热疲劳行为,对部件的损伤寿命进行预测具有重要意义。通过使用Instron 5982电子万能材料试验机对材料进行常温拉伸试验,使用VIC-3D设备对试验过程数据进行记录观察,研究材料的力学性能;通过使用Instron8803液压伺服疲劳试验系统开展高温疲劳试验,分别通过固定其他参量,改变试验频率、应力和温度的方法进行试验,研究温度、应力和频率对高温疲劳性能的影响。对试验后的断口用Hitachi S-3400N扫描电子显微镜进行显微观察及能谱分析研究。并用MSC.Fatigue仿真软件通过名义应力法对同等环境疲劳寿命进行预测,并与试验结果进行对比。对镍基合金GH4033进行常温拉伸试验后发现,VIC-3D在实验过程中可以更直观的对应变等数据测量,测量范围大,并且可以预知裂纹出现位置。在应力控制高温疲劳试验过程中,GH4033发生疲劳软化现象。在700?C 0.5Hz条件下,随着载荷水平的增大,试样的疲劳寿命减小;在700?C 500MPa条件下,随着加载频率的变大,疲劳寿命降低;在500MPa 0.5Hz时,随着试验温度的升高,试样的疲劳寿命减小。名义应力法对104以上疲劳寿命模型预测更加准确,而对于1~103的寿命区间,预测误差更大。GH4033合金高温疲劳断口由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区三部分组成,700?C下随着应力水平的逐渐变大,试样的疲劳源区和扩展区的面积所占比重降低,断口疲劳辉纹间距减小,辉纹变得更加致密,二次裂纹数量增多。高温环境下可以观察到裂纹的形貌从内至外依次为裂纹主体、氧化膜、扩散区等几大区域。由能谱分析发现,材料中存在氧化物、碳化物颗粒,碳化物颗粒可以延缓裂纹发展,氧化物颗粒促进裂纹发展。
【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】：V231.95

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本文编号：1280620