在疲劳载荷下具有全片层组织的高、低强度γ-TiAl合金的表面缺陷的损伤容限研究

发布时间：2017-05-24 04:00

  本文关键词：在疲劳载荷下具有全片层组织的高、低强度γ-TiAl合金的表面缺陷的损伤容限研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文对三种全片层组织的γ-TiAl合金:Ti-44Al-8Nb-1B, Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B和Ti-45.6Al-2.25Nb-1Cr-0.7Mn-0.15C-0.1Si(at.%,分别简称合金8Nb,合金4Nb-4Hf,合金4),进行了700℃,10000小时的大气热暴露,通过扫描电镜的手段研究了三种合金在长期热暴露前、后的显微组织变化特征。并在合金表面引入不同深度的表面缺口,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-Takahashi线图的形式进行总结和分析。研究发现,在700℃大气环境中经历10000小时的热暴露后,三种TiAl合金的全层片组织出现了程度不等的组织变化：细晶合金8Nb出现了较多的α2平行分解和生成了较多的β(B2+ω)相,而细晶合金4Nb-4Hf的α：层片上出现了大量白色针状的β(B2+o)相和硅化点状物；高铝的粗晶合金4晶团内α2含量较低,α2在晶团内更容易处于平衡分布状态,热暴露导致的α2分解较少。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8Nb分别为106μm、140μm;合金4Nb-4Hf分别为100μm、400μm;合金4分别为300μm、200μm),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；而缺口尺寸小于此临界值时,样品既会低于光滑样品的疲劳强度水准,同时也会按照低于此长裂纹门槛值所预测的疲劳极限值断裂失效。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AKeff.th和有效缺口过渡尺寸a0efr。在长期大气热暴露后,细晶团高强度的合金8Nb和4Nb-4Hf的短缺口效应明显增大。这归因于两种细晶合金有较高程度的组织脆化,其组织脆化带来的有害效应高于在热浴长期浸泡带来的回火稳定效应。相反,粗晶低强度的合金4在长期热暴露后其短缺口效应却明显降低,这是因为高铝的粗晶合金中亚稳定相α2层片含量较两个低铝细晶合金少,偏聚分布也较少, 热暴露导致的“释氧脆化”和“相变脆化”程度较低,相应的“回火”稳态效应因此得以凸显,从而显示出热暴露无害反而有益的结果。
【关键词】：γ-TiAl合金 长期热暴露 疲劳 Kitagawa-Takahashi 短缺口效应
【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
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 TiAl合金的相11-14
• 1.2.1 TiAl合金相图11-12
• 1.2.2 TiAl合金的相12-13
• 1.2.3 TiAl合金的凝固和相变13-14
• 1.3 TiAl合金的显微组织14-16
• 1.4 TiAl合金的力学性能16-18
• 1.4.1 拉伸性能16-17
• 1.4.2 疲劳性能17-18
• 1.5 合金元素对TiAl合金性能的影响18-20
• 1.5.1 Nb对TiAl基合金的影响18-19
• 1.5.2 Hf对TiAl基合金的影响19
• 1.5.3 W对TiAl基合金的影响19
• 1.5.4 B对TiAl基合金的影响19-20
• 1.6 TiAl合金热稳定性研究20-21
• 1.7 本课题研究的目的、意义和内容21-23
• 1.7.1 本课题研究的目的、意义21
• 1.7.2 本课题研究的内容21-23
• 第二章 试验方案与方法23-27
• 2.1 试验材料23
• 2.2 试样分组及热暴露处理23
• 2.3 表面缺陷加工及疲劳试验23-25
• 2.4 疲劳长裂纹扩展速率(FCPR)实验25-26
• 2.5 材料显微组织及形貌分析26
• 2.6 实验误差分析26-27
• 第三章 试验结果27-46
• 3.1 热暴露前、后的显微组织观察27-33
• 3.1.1 合金Ti-44Al-8Nb-1B的显微组织27-29
• 3.1.2 合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B的显微组织29-30
• 3.1.3 合金Ti-45.6Al-2.25Nb-1Cr-0.7Mn-0.15C-0.1Si的显微组织30-33
• 3.1.4 热暴露后三种合金的组织和性能特征33
• 3.2 疲劳长裂纹扩展速率33-35
• 3.3 疲劳及损伤容限35-41
• 3.3.1 合金Ti-44Al-8Nb-1B的损伤容限37-39
• 3.3.2 合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B的损伤容限39-40
• 3.3.3 合金Ti-45.6Al-2.25Nb-1Cr-0.7Mn-0.15C-0.1Si的损伤容限40-41
• 3.4 疲劳断口分析41-43
• 3.5 裂纹的启裂及扩展扩展43-46
• 第四章 分析与讨论46-51
• 4.1 热暴露对全片层TiAl合金显微组织的影响46-47
• 4.2 短缺口效应47
• 4.3 有效裂纹过渡尺寸a_(0.eff),有效裂纹扩展门槛值△K_(eff.th)47-49
• 4.4 热暴露对TiAl合金损伤容限的影响49-51
• 结论51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邱从章;刘咏;黄岚;刘彬;张伟;贺跃辉;黄伯云;;含β相的TiAl基金属间化合物组织与性能的优化(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年11期

2 孙红亮;孙才;黄泽文;朱德贵;;含钨/铌TiAl合金热稳定性研究[J];稀有金属材料与工程;2012年11期

3 孙红亮;孙才;黄泽文;朱德贵;;W对含铌TiAl合金组织与力学性能的影响[J];热加工工艺;2011年22期

4 饶光斌,刘奎,韩恩厚,柯伟;硼化物细化γ-TiAl基合金晶粒的机制[J];中国有色金属学报;2004年S1期

5 高文理,张虎,张二林,曾松岩;TiAl-B合金中TiB_2微观形态的主要存在方式[J];铸造技术;2003年03期

6 高文理,张虎,何建平,金云学,曾松岩;TiAl-B合金细棒状十字形TiB_2的生长特征[J];稀有金属材料与工程;2003年03期

7 孔凡涛,陈子勇,田竞,陈玉勇;提高TiAl基合金室温塑性的方法[J];稀有金属材料与工程;2003年02期

8 程晓英,万晓景,沈嘉年;合金元素Nb在TiAl高温氧化行为中的作用[J];中国腐蚀与防护学报;2002年02期

9 刘自成,林均品,陈国良;添加W对高铌TiAl合金组织和力学性能的影响[J];金属热处理学报;2001年01期

10 黄宇阳,吴伟明,邓文,钟夏平,熊良钺,曹名洲,龙期威;用正电子湮没技术研究Zr和Nb在TiAl合金中的行为[J];中国有色金属学报;2000年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 闫蕴琪;8.5Nb-TiAl基合金制备—组织—性能关系[D];西安交通大学;2001年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 尹权;长期热暴露过程中高铌—铪含量TiAl合金高温稳定性的研究[D];西南交通大学;2011年

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本文编号：389727