在疲劳载荷下具有高、中、低强度γ-TiAl合金的表面缺陷的损伤容限研究

发布时间：2017-11-30 13:00

  本文关键词：在疲劳载荷下具有高、中、低强度γ-TiAl合金的表面缺陷的损伤容限研究

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【摘要】：本文对三种不同强度的y-TiAl合金：Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B (at.%,4Nb-4Zr,高强度)、Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8vol.%TiB2 (at.%,2Mn-2Nb,中强度)和Ti-48Al-2Cr-2Nb-1B (at.%,2Cr-2Nb,低强度),进行了700℃,10000小时的空气热暴露,通过扫描电子显微镜研究三种合金在长期热暴露前、后的显微组织的变化情况。并在试样表面引入不同深度的表面贯穿型直线缺口,通过阶梯升应力法测试了相应的疲劳强度,研究了三种合金在热暴露前、后对表面缺口的容忍限度。实验结果以Kitagawa-Takahas hi线图的形式进行总结和分析,对长裂纹扩展门槛值及合金在热暴露影响下对表面损伤的容忍限度进行了定量分析讨论。研究发现,在经过700℃、10000小时的热暴露后,晶团内处于亚稳态的α2相通过相变发生不同程度的分解和转变,发生了α2→α2+γ以及α2→β(B2+ω)的相变。其程度以高强度合金4Nb-4Zr最为明显,而低强度合金2Cr-2Nb最低。研究表明,三种合金热暴露前、后均存在一个临界尺寸ac(在热暴露前后,合金4Nb-4Zr分别为120μm、230μm;合金2Mn-2Nb分别为260μm、420μm;合金2Cr-2Nb分别为220μm、270μm),当缺口尺寸大于此临界值时,样品将按照线弹性断裂力学的长裂纹门槛值所预测的疲劳极限值断裂失效；而当缺口尺寸小于此临界值时,合金的疲劳行为既不符合光滑样品的行为,也不符合缺口样品的长裂纹行为,而在低于线弹性断裂力学所预测的疲劳极限条件下失效。这称之为TiAl合金的短缺口效应。鉴于短缺口效应的存在,重新确定了合金长裂纹的有效疲劳缺口扩展门槛值△Kth.eff和有效缺口过渡尺寸eff长期热暴露使得三种合金出现短缺口效应的临界尺寸增加,这归因于长期热暴露导致的组织脆化所致,脆化使得材料的表面缺陷敏感性增加。热暴露导致的对缺陷敏感性的增加与合金的屈服强度有正向关系。高强度合金呈现出的热暴露危害影响大于中等强度合金,而低强度合金显示出最少的危害影响。从显微组织的角度看,高强度合金4Nb-4Zr铝含量低,而稳定p(B2+ω)的合金元素高(8%),含有比合金2Mn-2Nb较多的α2和较多的B2+ω,比合金2Cr-2Nb则更多。因此,热暴露导致的“释氧脆化”和“相变脆化”最为明显,当存在同样的回火稳态效应时,该高强度合金凸显出最明显的表面缺陷敏感性的增加。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23

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本文编号：1239364