梯度纳米结构钛合金的强化机理与综合性能研究

发布时间：2020-05-05 05:41

【摘要】：作为20世纪出现的一种新型结构材料,钛合金因强度高、耐热性高、耐蚀性好而被广泛用于制造整体叶盘、叶片和连接件等。鉴于疲劳断裂是发动机叶片的主要失效形式以及为了保证叶片具有足够的使用寿命,本文通过综合对比分析金相组织、显微硬度、X射线衍射、疲劳S-N曲线以及疲劳断口形貌,探究超声表面滚压处理前后TC11钛合金疲劳断裂机理的差异以及超声表面滚压对TC11钛合金基本性能的影响;为了进一步研究超声表面滚压对TC11钛合金的影响,基于钛合金叶片的服役条件,进行了常温干滑动摩擦磨损实验,探究超声表面滚压对TC11钛合金耐磨性的影响。研究表明,超声表面滚压能显著影响TC11钛合金疲劳性能,同时TC11钛合金在常温下的耐磨性也得到改善。经过超声表面滚压处理后,TC11钛合金表层形成纳米晶并产生残余压缩应力。本实验选用超声表面滚压的参数为静压力200 N,往返加工3遍,主轴转速246 r/min。具体研究结果:在循环次数为5×10~6的高周疲劳条件下,超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的疲劳寿命较未处理TC11钛合金试样提高了19%;由疲劳S-N曲线可知超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的疲劳寿命高于同一应力范围的未处理TC11钛合金试样;同一工况下,超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的耐磨性高于未处理TC11钛合金试样。超声表面滚压处理前后TC11钛合金试样的疲劳断口分析表明:未处理TC11钛合金试样的裂纹源萌生于试样表面,经过超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的裂纹源萌生于内部,并随着循环载荷增加逐渐靠近中心位置;超声表面滚压处理前后TC11钛合金试样的疲劳断口均能观察到三个典型区域。超声表面滚压处理前后TC11钛合金试样的摩擦磨损数据分析表明:未处理TC11钛合金试样的耐磨性随着转速的增加,先降低后增高,并且在转速为478 r/min时试样的摩擦系数以及磨损率同时达到最大,磨面磨损情况也最严重;而超声表面滚压处理后TC11钛合金的耐磨性随着转速的增加,先增高后降低,在转速为478 r/min时,出现较好的耐磨性。
【图文】：

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显微硬度与 X 射线衍射图谱等变化情况。（2）利用透射电镜等研究超声表面滚压处理 TC11 钛合金纳米强化机理。（3）进行不同应力水平下超声表面滚压处理前后TC11钛合金的常温高周疲劳试验，对比分析超声表面滚压处理前后 TC11 钛合金疲劳 S-N 曲线的差异利用扫描电镜分析超声表面滚压处理前后 TC11 钛合金的疲劳断口形貌。（4）进行不同转速下超声表面滚压处理前后TC11钛合金的常温干滑动摩擦磨损试验，对比分析不同转速下超声表面滚压处理前后 TC11 钛合金的摩擦系数曲线与磨损率；利用扫描电镜分析超声表面滚压处理前后 TC11 钛合金的摩擦面形貌以及剖面形貌。本课题的研究技术路线如图 1.1 所示。

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由表 2.1 可知 TC11 钛合金的氧元素、氮元家标准。钼、铁和硅等是降低相变温度的元素为β 稳定，在室温和较低温度下增加了钛合金的强度、耐热性和延性；而硅元素的加入同样能在一定程度上提高钛合金限及抗变形能力，同时还能增加抗蠕变性能，这对防止触疲劳破坏是有利的。锆是高熔点金属之一，表面易生性，因此锆元素的加入，在一定程度上能提高 TC11 钛性。 TC11 钛合金的扫描图像见图 2.1，，从图中可以看出，T相合金，其中稳定相α相的分布多于明显稳定相β相。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23

【参考文献】